棉疫病菌90kD胞外蛋白激发子诱导烟草过敏性反应的研究

 就棉疫病菌90 kD胞外蛋白激发子诱导烟草过敏反应(HR)过程中细胞死亡和防卫反应酶系活性变化及病程相关蛋白PR5的诱导进行研究。结果是,以10 nmol/L激发子溶液注射处理W38烟草叶片,HR枯斑周围5 mm宽组织在UV光下呈现蓝色荧光,对处理部位进行Evans blue染色测定结果是至20 h处理部位细胞全部死亡;激发子可诱导烟草防卫反应中苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性提高;可快速诱导PR5基因的转录。上述结果表明90 kD蛋白激发子可诱发烟草的细胞死亡、苯丙烷代谢和PR基因的表达等多条信号途径。     

HarpinXoo诱发烟草过敏反应早期H2O2变化及有关基因表达

 Harpin_Xoo是水稻黄单胞细菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae)产生的蛋白类激发子,用harpin_Xoo注射烟草最早在处理后20h出现肉眼可见的细胞死亡(macro-HR),分别经埃文斯蓝(Evans blue)和台盼兰(Trypan blue)染色观察,发现诱导后4-8h即开始有少量细胞死亡,表明在macro-HR发生前烟草细胞已陆续发生微细胞死亡(micro-HR);对二氨基联苯胺(diamino benzidine,DAB)染色显示,在烟草细胞死亡早期,伴有H₂O₂的明显积累;定量RT-PCR法对H₂O₂代谢相关基因的表达进行了分析,发现harpin_Xoo诱导后1h编码NADPH氧化酶的基因rboh即开始表达,3~7h表达较强,10h开始减弱,表达趋势与H₂O₂积累趋势一致;编码交替氧化酶的基因aoxl表达较迟,sodA基因则在诱导后表达减弱。这些基因的不同表达模式说明,它们在harpin_Xoo诱导的H₂O₂代谢过程中可能具有不同的作用。     

一种新的90 kD胞外蛋白激发子诱导烟草系统获得抗性研究

 就棉疫病菌(Phytophthora boehmeriae Saw.)培养滤液中提纯获得的90 kD胞外蛋白激发子诱发烟草系统获得抗性进行了研究。以10 nmol/L激发子溶液注射处理Samsun NN烟草叶片24 h后,在处理叶片及其上、下各2片叶片接种TMV,结果是处理叶及其上、下各2片叶片上的枯斑数显著少于对照,诱抗防效达40.9%~53.1%;接种TMV7d后处理叶片的枯斑平均直径为1.23mm,显著小于对照叶片上的枯斑直径2.97mm,但是处理叶片的上、下叶片上的枯斑平均直径与对照没有显著差别。以10 nmol/L激发子溶液注射处理Samsun NN烟草叶片分别立即接种或于1、2、4、7、15 d接种TMV,结果证明该激发子诱导烟草对TMV的抗性以处理后第1d至第4 d接种为较好,防效达30.2%~5 0.4%;处理后立即接种和第7d接种TMV诱抗防效仅4%左右,处理叶片上的枯斑数与对照没有显著差别,表明较强的诱导抗性可持续时间<7d。用不同浓度激发子处理烟叶,所测定的0.5~100 nmol/L各浓度均可显著地诱发烟草对TMV产生获得抗性,诱导抗性效果为34.9%~5 8.2%,诱导抗性效果随浓度的降低呈下降趋势。以10 nmol/L激发子溶液注射处理W38烟草叶片,2 d后分别注射接种烟草野火病菌(Pseudomonas syringae pv.tabaci)菌液或喷雾接种烟草赤星病菌(Alternaria alternata)分生孢子,结果是,注射接种烟草野火病菌5d后处理叶片及其上、下叶片上的野火病病斑均显著小于对照;处理叶片上的赤星病病斑数及病斑面积明显小于对照,表明该激发子可诱导烟草对野火病和赤星病产生抗性。上述结果表明,90kD蛋白激发子诱导烟草产生的获得抗性是一种典型的系统获得抗性,该系统获得抗性对病原菌具广谱抗性。     

含双病原物诱导启动子植物安全表达载体的构建

 本研究用来自烟草的具有高度病原物特异性的两个诱导启动子EAS4和hsr203J,串联驱动GUS基因的表达,同时考虑到转基因植物的安全性,引入双边界序列,构建了含双病原物诱导启动子的植物安全表达载体。将表达载体转化烟草获得转基因植株。分析显示,在正常生长情况下转基因烟草检测不到GUS活性,或活性极低;而受疫霉激发子parasiticein、Phytophthora nicotianea[0]的孢子悬浮液和Ralstonia solanacarum的菌悬液诱导后,转基因烟草叶片中可检测到明显的GUS活性。结果表明,构建的植物表达载体所含双病原物诱导启动子均具有良好的诱导活性,可用于植物遗传转化。     

β-氨基丁酸诱导烟草产生PR蛋白及对TMV的抑制作用

 本文研究了β-氨基丁酸(BABA)诱导系统侵染寄主烟草NC89产生PR蛋白及其对TMV的抑制作用。用5mmol/LBABA对抗性烟和非抗性烟进行叶面喷施处理均可以抑制烟草叶片中TMV的产生,平均抑制率分别达到59%和49%。BABA和SA处理均可以诱导2种烟草叶片中PR1、PR2和PR5基因的表达,其中对PR1的诱导作用相对较强。分别用BABA和SA处理非抗性烟草,在处理后的不同时间内2种药剂对PR1基因的诱导规律基本相同。用BABA和SA分别预处理非抗性烟草2d后接种TMV,2种药剂对烟草叶片中PR1基因的影响是完全不同的,其中,BABA处理后接种TMV抑制PR1基因的表达,在接种后第72h已经检测不到PR1基因的存在,SA处理后接种TMV对PR1基因的影响呈现弱-强-弱的变化趋势,在接种后第24hPR1的表达量达到最强,以后逐渐减弱。试验结果表明:BABA能够提高非抗性烟草对TMV的抗性,但是BABA诱导烟草产生抗TMV的作用机制可能是一种不同于目前普遍公认的SA的作用机制。     

棉疫病菌90kD胞外蛋白激发子生物活性与稳定性研究

 对棉疫病菌(Phytophthora boehmeriae Saw.)90 kD胞外蛋白激发子的生物活性与稳定性进行了研究。用不同浓度的激发子处理烟叶测定其诱发过敏反应的有效浓度,结果是所测定的0.5~100 nmol/L各浓度均可诱发过敏反应,但100 pmol/L不能诱发过敏反应,表明该激发子诱导烟草产生过敏反应的最低有效浓度在100 pmol/L~0.5 nmol/L之间。该激发子可诱导不同烟草(Nicotiana tabacum L.)品种产生过敏反应,但不能诱导辣椒(Capsicum annuum L.)和茄子(Solanum melongena L.)等茄科作物及棉花(Gossypium arboreum Linn.)发生过敏反应,初步表明该激发子诱导植物发生过敏反应具有一定的专化性。以10 nmol/L激发子溶液处理烟叶后分别于第0、24、48和72 h接种烟草疫霉(Phytophthora nicotianae),结果证明该激发子可以诱导烟草产生抗性反应,其抗性以处理后立即接种烟草疫霉为最强,接种后48h防效达68%,以后随时间的延长逐渐减弱。激发子分别经p H值2~14的水溶液25℃处理30 min,或分别经4、25、60和100℃处理5 min仍能诱发过敏反应,但是经蛋白酶K处理后不能诱发过敏反应。表明该激发子对酸、碱和温度不敏感,但对蛋白酶K敏感。     

壳寡糖诱导对烟草体内TMV-CP基因表达的抑制作用

 采用实时荧光定量PCR方法, 研究了壳寡糖诱导对烟草体内TMV-CP基因表达量的影响。结果表明, 壳寡糖诱导后烟草表达了对TMV侵染的系统获得抗病性, 植株显症推迟4~7 d, 症状减轻, 平均严重度比对照降低了82.9%。同时烟草叶片中CP基因的表达量显著降低。壳寡糖诱导处理的植株在接种病毒时(0 h), CP基因的表达量(拷贝数/2μL)为0.918, 接种后168 h增加到167.730。而在不诱导对照植株内, CP基因的表达量在0 h为1.218, 接种后168 h猛增到648.623。换言之, 不处理对照的表达量在此期间增长了532.53倍, 而壳寡糖诱导处理植株中仅增长了182.71倍。试验证明壳寡糖诱导的系统获得抗病性强烈抑制了烟草体内TMV-CP基因的表达。     

激活蛋白PeaT1在烟草细胞膜上的结合位点及其特性

 激活蛋白PeaT1是从极细链格孢菌(Alternaria tenuissima)中分离的,能诱导植物产生系统获得抗性的蛋白激发子。为了阐明PeaT1诱导植物提高抗性的分子机制,本文采用RT-PCR技术研究了PeaT1诱导烟草悬浮细胞后不同时间PR-1a基因的转录活性,在烟草悬浮细胞中加入20μg/mL的PeaT18h后,PR-1a基因转录活性达到最高;相同浓度的PeaT1处理烟草植株,烟草叶片中酸性PR蛋白表达量升高。激光共聚焦显微镜观察到FITC荧光素标记的PeaT1可与烟草悬浮细胞表面结合;免疫荧光法进一步证明PeaT1可与烟草细胞质膜结合;使用共价交联剂BS³证明¹²⁵I-PeaT1可与烟草细胞质膜上的2个分子结合,而与加热或蛋白酶处理的质膜不能发生交联,说明与PeaT1结合的分子具有蛋白特性,分子量分别为20kDa和30kDa。上述实验结果证明在烟草细胞质膜上存在着激发子PeaT1受体样的结合位点。     

真核表达产物Y3诱导烟草对烟草花叶病毒的抗性研究

从毛头鬼伞Coprinus comatus中提取的碱性糖蛋白Y3可以降低烟草花叶病毒（TMV）的侵染。克隆获得Y3蛋白cDNA后与真核表达载体pPIC-9k连接,重组载体pPIC-9k-Y3成功电转化入毕赤酵母Pichia pastoris后,转化子在28℃、250 r/min培养条件下,使用1.0%甲醇诱导表达6 d,成功实现了Y3蛋白的真核表达。300 μg/mL浓度的Y3蛋白对普通烟进行诱导处理后摩擦接种TMV结果表明,诱导处理后烟草体内除过氧化物酶POD外,多酚氧化酶PPO、苯丙氨酸解氨酶PAL和β-1,3葡聚糖酶活性都有不同程度提高。蛋白处理24 h后植株中PPO活性达到最大,为对照组的2倍。利用实时荧光定量PCR （qRT-PCR）研究抗性相关基因表达情况,Y3诱导后烟草植株碱性病程相关基因1（PR1-b）、病程相关基因非表达子1（NPR1）、PAL在转录水平上均显著上调（P<0.05）。推测真核表达产物Y3蛋白可通过提高水杨酸信号途径相关防御酶活性以及抗病基因转录来诱导烟草对TMV产生系统抗性,为Y3蛋白作为生物农药开发提供理论基础。     

青霉菌灭活菌丝体诱导烟草BY-2悬浮细胞防卫反应的初步研究

 青霉菌灭活菌丝体(Dry Mycelium of Penicillium chrysogenum,DMP)是工业生产青霉素的残余副产物,研究发现DMP能够提高多种作物的抗病性。本文研究了DMP对烟草BY-2悬浮细胞防卫反应的诱导作用,并初步探索其诱导机制,结果表明:DMP处理烟草BY-2悬浮细胞后,产生了活性氧迸发,在处理后30 min达到峰值;DMP诱导烟草BY-2悬浮细胞胞外基质碱性化,该变化能被蛋白激酶抑制剂K252a部分抑制;苯丙氨酸解氨酶(PAL)和过氧化物酶(POD)的活性被诱导而明显升高,分别在处理后4 h和8 h达到峰值;DMP诱导了病程相关蛋白基因PR-1a、PR-1b以及抗病信号传导途径关键基因NPR1的表达。说明DMP能够诱导烟草BY-2悬浮细胞产生抗病防卫反应,其抗病信号可能是通过水杨酸信号途径进行传导的,蛋白质磷酸化参与了该抗病信号的传导过程。     

大豆凝集素基因lec-s转化烟草>增强对烟草花叶病毒的抗性

 将编码大豆凝集素的lec-s基因插入植物表达载体pBI121中,构建植物重组表达质粒pBI121:: lec-s。由根癌土壤杆菌EHA105介导的叶盘法转化烟草,获得了转基因烟草株系。PCR和RT-PCR检测证明lec-s基因已转入烟草植株中。接种烟草花叶病毒（Tobacco mosaic virus,TMV）进行抗病性试验结果表明,转基因烟草叶片上的病斑数显著减少,说明转基因烟草表现出对TMV的抗性。定量RT-PCR检测发现,接种TMV后,抗病防卫基因（PR-1a、GST1、Pal和hsr515）在转基因烟草叶片中显著上调表达。这些结果表明,大豆凝集素基因lec-s转化烟草可对TMV产生抗性,其作用机制可能在于lec-s基因参与了植物的防卫信号通路,诱导了抗病防卫基因在转基因植株体内的表达,增强了植株对TMV的系统抗性。     

沼泽红假单胞菌蛋白Rhp-PSP对烟草花叶病毒的系统抗性诱导及互作蛋白筛选

本文研究了蛋白Rhp-PSP诱导烟草抗TMV过程中相关防御酶的活性以及丙二醛（MDA）含量的变化，同时测定了抗病相关基因的表达情况。试验证明，蛋白Rhp-PSP处理烟草后，叶片中苯丙氨酸解氨酶（PAL）、过氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）的活性显著提高，但降低了MDA含量。同时基因PR-1、PR-3、PR-5、PDF1.2表达显著上调，证明了蛋白Rhp-PSP具有诱导烟草产生抗TMV的活性。为阐明诱导抗性机制，利用酵母双杂交系统从烟草cDNA文库进行互作蛋白的筛选并验证，结果表明GPI锚定蛋白、VAN3结合蛋白及叶绿素结合蛋白A与蛋白Rhp-PSP互作。     

Harpin-elicited hypersensitive cell death and pathogen resistance require the NDR1 and EDS1 genes

Plants sprayed with harpin, a bacterial protein that induces hypersensitive cell death (HCD), develop systemic acquired resistance (SAR) without macroscopic necrosis. HCD sometimes accompanies the development of resistance conferred by resistance (R) genes. In Arabidopsis, some R genes require one or both of the signalling components NDR1 and EDS1 for function. This study addresses whether HCD, NDR1 and EDS1 are required for induction of SAR by harpin. When Arabidopsis and tobacco leaves were sprayed with harpin, microscopic hypersensitive response (micro-HR) lesions developed. Systemic expression of PR genes and the development of resistance were accompanied by micro-HR, except in the ndr1-1 mutant, in which harpin induced micro-HR without the development of resistance or expression of the PR-1 gene. Cell death and resistance did not occur following treatment with harpin in plants that could not accumulate salicylic acid. Harpin also failed to induce resistance in Arabidopsis eds1-1 mutants. Therefore, harpin-induced resistance seems to develop concomitantly with cell death and resistance requires NDR1 and EDS1.     

β-Aminobutyric acid-mediated enhancement of resistance in tobacco to tobacco mosaic virus depends on the accumulation of salicylic acid

A number of chemical and biological agents are known as inducers of systemic acquired resistance (SAR) to tobacco mosaic virus (TMV) in tobacco plants. In the present study, a local spray application of the non-protein amino acid DL-β-aminobutyric acid (BABA) was effective in enhancing resistance to TMV in tobacco plants containing the N gene. In contrast, the isomer α-aminobutyric acid (AABA) showed a much lower activity whereas γ-aminobutyric acid (GABA) was completely inactive, indicating a strong isomer specificity of aminobutyric acid in triggering enhanced virus resistance.Rapid cell death was detected in tobacco leaf tissues after foliar application of BABA, subsequently resulting in the development of macroscopically visible, necrotic lesions. BABA-induced cell death was associated with the rapid generation of superoxide and hydrogen peroxide. As further consequences, the occurrence of lipid peroxidation in treated tissues, a local and systemic increase of salicylic acid (SA) levels and the expression of PR-1a, a molecular marker of SAR in tobacco, could be observed. None of these responses was detectable after treatment with GABA.Enhancement of virus resistance by BABA was found to be strictly dependent on SA-mediated signal transduction since it could not be detected in salicylate hydroxylase (nahG) expressing transgenic tobacco plants. These findings suggest that in tobacco, primary processes triggered by foliar application of BABA, resemble those initiated by microbes during a hypersensitive response (HR) that result in SAR activation.     

Expression of harpin(xoo) in transgenic tobacco induces pathogen defense in the absence of hypersensitive cell death

ABSTRACT Harpin(Xoo), encoded by the hpaG(Xoo) gene of Xanthomonas oryzae pv. oryzae, is a member of the harpin group of proteins that induce pathogen resistance and hypersensitive cell death (HCD) in plants. We elaborated whether both processes are correlated in hpaG(Xoo)-expressing tobacco (HARTOB) plants, which produced harpin(Xoo) intracellularly. Resistance to fungal, bacterial, and viral pathogens increased in HARTOB, in correlation with the expression of hpaG(Xoo), the gene NPR1 that regulates several resistance pathways, and defense genes GST1, Chia5, PR-1a, and PR-1b that are mediated by different signals. However, reactive oxygen intermediate burst, the expression of HCD marker genes hsr203 and hin1, and cell death did not occur spontaneously in HARTOB, though they did in untransformed and HARTOB plants treated exogenously with harpin(Xoo). Thus, the transgenic expression of harpin(Xoo) confers nonspecific pathogen defense in the absence of HCD.