拟南芥在植物抗病性分子机制研究中的作用

植物对病原物的抗性是一个很复杂的生命现象。目前人们认识到植物的抗病过程有很多基因和一些相互关联的信号传导途径参与。人们对植物抗病的分子机制的了解,很多是来自以拟南芥作为材料所进行的大量研究。对植物抗病性的了解是一步步深入的,其进展与研究方法和技术的不断改革密不可分,其中实验材料的模式化使得研究更加集中、更具有通用性,所使用的资源更丰富,强有力地推进了研究的深入进行。在此,对拟南芥这个模式植物在植物抗病性的遗传和分子机制研究中的作用做了阐述。     

拟南芥抗病基因克隆的策略及利用

生物技术的快速发展为植物抗病基因的克隆奠定了坚实的基础。克隆抗病基因不但有利于深入研究植物与病原物的分子互作机理,而且为植物重要病害的防治提供了有效措施。迄今为止,在拟南芥中已经克隆了十几个抗病基因。对拟南芥抗病基因的种类和特性、克隆策略以及克隆抗病基因的应用前景进行了综述。详细介绍了定位克隆技术和转座子标签技术的原理及其在拟南芥抗病基因克隆中的应用。     

拟南芥活性氧不敏感型突变体的筛选方法建立

以模式植物拟南芥为材料 ,采用EMS化学诱变方法 ,在 1 0 - 4 mol/L的H2 O2 选择条件下 ,以幼苗根在重力作用下的弯曲生长为指标 ,对 5 0 0 0 0株拟南芥幼苗进行筛选 ,得到了 2 6株潜在拟南芥活性氧不敏感突变体。此突变体的获得为探索氧化信号分子的作用机制及其在信号转导网络中的作用提供了直接的材料。     

MAP激酶在植物信号传递网络中的功能

促分裂素原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAP激酶,MAPK)链是真核生物信号传递网络中的重要途径之一.MAPK链由3类蛋白激酶MAP3K-MAP2K-MAPK组成,通过依次磷酸化将上游信号传递至下游应答分子.本文主要阐述MAPK链在植物的逆境反应、抗病反应和激素调控等信号传递网络中的功能.     

植物的抗病性及其分子机制

本文概述了植物的抗病反应、已被克隆的植物R基因的结构和功能、R基因信号传导途径以及植物抗病反应的分子机制。     

植物病害中的信号传导

植物由抗病基因介导的防卫过程存在一系列生理生化和分子生物学反应,这些反应从病原菌侵染点开始的超敏反应(HypersensitiveResponse,HR),并延伸到远处组织的系统抗性或获得性抗性(SystemicAcquiredResistance,SAR),受制于一种信号传导网络的调控。这个信号系统有抗病蛋白和病原菌非病毒性蛋白,在一种配体—受体的互作模式下激发,并由信号分子H2O2、NO和系统信号分子水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)和乙烯(ET),通过关键调控基因传递和放大,最终诱导一系列防卫反应基因的表达和代谢的变化而产生抗性。植物防卫信号的产生类似于动物免疫系统因子的介导,并可由非寄主病原菌或诱导子诱发。这些信号途径所产生的广谱抗性为植物抗病基因工程的应用奠定了基础。     

植物信号分子介导抗病反应的研究进展

植物受到病原菌侵染时会发生一系列防卫反应：通过各种信号反应事件,如抗病信号的产生、传导及互作,最终诱导各种抗病防卫基因的表达和代谢的变化进而产生抗性。在防卫反应过程中,各类信号分子如激素类（水杨酸、茉莉酸、乙烯、脱落酸）,第二信使类(钙离子、活性氧、一氧化氮),低分子肽类(谷胱甘肽),脂类以及糖类发挥着重要作用。最近几年,这些信号分子介导植物抗病反应研究取得重要进展,就此进行了综述,并对今后的研究作出展望。     

玉米ZmPti1基因表达载体的构建及遗传转化

Pti1基因在植物的抗病信号传导中起着非常重要的作用。为了研究玉米中一个类Pti1基因ZmPti1的功能,把ZmPti1的cDNA连接到植物表达载体pGreen0029中,通过农杆菌介导转入拟南芥中进行过量表达。PCR及Western-blot分析表明,ZmPti1已经转入到拟南芥中,并且在大多数转化植株中稳定表达。通过试验,为以后对ZmPti1的生物学功能验证打下基础。     

ATAF2正调控拟南芥对橡胶树白粉菌的抗病性

橡胶树白粉菌(Oidium heveae)侵染拟南芥野生型Col-0,激发拟南芥的抗病反应。该抗病反应依赖于EDS1（enhanced disease susceptibility 1）,EDS1在TIR-NB-LRR（Toll-Interleukin1 Receptor-nucleotide binding-leucine-rich repeat）类抗性基因介导的抗病信号通路中发挥非常重要的作用,但目前还不清楚具体的EDS1上、下游作用元件是什么。为了进一步研究橡胶树白粉菌在拟南芥上激发的抗疾信号通路,本实验室对接种橡胶白粉菌oidium heveae HN1106的拟南芥野生型Col-0进行了RNA-Seq数据分析,结果表明,拟南芥Col-0在接种橡胶树白粉菌4 d后,NAC家族 (ATAF1,2 and CUC2, NAM)转录因子ATAF2基因上调表达20倍,并且正调控拟南芥对橡胶树白粉菌的抗病性。另外,笔者通过体外蛋白质pull-down试验和体内原生质体免疫共沉淀试验,发现ATAF2可以直接与EDS1发生相互作用,这为将来进一步阐明EDS1抗病信号通路奠定了很好的基础。     

拟南芥海藻糖信号途径突变体筛选体系的建立

海藻糖是一种广泛存在的非还原性二糖,它主要作为信号分子参与植物发育的调控和对逆境的应激反应。为阐明海藻糖信号途径,以野生型拟南芥为实验材料,采用筛选研究法,建立了筛选海藻糖信号途径相关突变体的筛选体系。结果表明:尽管低浓度海藻糖是植物正常生长发育所必需的,但高浓度海藻糖却显著抑制拟南芥的生长发育;50 mmol.L-1海藻糖即可以显著抑制幼苗的发育,适于筛选海藻糖不敏感突变体。进一步的研究表明,葡萄糖和蔗糖可以缓解高浓度海藻糖对植物生长的抑制作用,因此在筛选海藻糖信号突变体时培养基中不能加入上述代谢性糖类。     

活性氧物质在植物抗病中的作用

简述了活性氧的产生及清除。综述了活性氧在植物抗病中的作用,主要包括:直接杀死入侵病原菌,增强细胞壁的强度和氧化交联,诱导植保素合成、系统获得抗性、过敏性反应、细胞程序性死亡和防卫基因的表达,激活或与其他信号分子协同作用。总结了活性氧在植物体中的负作用。     

植物系统性获得抗性及其信号转导途径

 植物系统获得抗性 (SAR) ,是植物受到病原菌侵染后所激发的一种防卫反应。这种反应由植物抗病基因 (R)与病原菌无毒基因 (avr)的相互识别开始 ,由R基因下游的一些基因整合不同的抗病信号 ,通过水杨酸 (SA)将抗病信号传递下去。这一信号途径在SA下游受非诱导免疫 (NIM/NPR)基因的调控 ,激活NPR1可诱导病程相关蛋白 (PR)基因的表达 ,最终建立具有广谱抗性的SAR。SAR信号途径也可由模拟自然信号的化学物质激活 ,这些激活剂的应用是发展绿色化学农药的新思路。     

云南3种野生稻中抗病基因同源序列的克隆及序列分析

 根据已报道的NBS LRR类和STK类抗病基因结构中的氨基酸保守区域 ,设计简并引物 ,通过PCR扩增及克隆 ,从普通野生稻 (OryzarufipogonGriff.)、药用野生稻 (OryzaofficinalisWall.)、疣粒野生稻 (Oryzameye rianaBaill.)中共获得 14类NBS LRR类抗病基因同源序列 ,其中普通野生稻中的有 7类 ,药用野生稻中的有 2类 ,疣粒野生稻中的有 6类。药用野生稻中TO12代表序列与普通野生稻中TR19代表序列 ,同属一类 ,且具有 10 0 %的同源性 ,说明不同种野生稻中的同一类 (聚类 )抗病基因同源序列是完全一致的。同时 ,还获得 5类STK类抗病基因同源序列 ,其中普通野生稻中的有 4类 ;药用野生稻中的有 1类。通过氨基酸同源性比较分析 ,发现笔者克隆到的抗病基因同源序列与已克隆的抗病基因L6、N、Bs2、Prf、Pto、Lr10和Xa2 1等的氨基酸同源性都相当低 (均低于 2 5 % ) ,暗示了这些抗病基因同源序列可能是目前尚未报道的抗病基因的同源序列。     

Cloning and Sequence Analysis of Disease Resistance Gene Analogues from Three Wild Rice Species in Yunnan

Two sets of degenerate oligonucleotide primers were designed according to amino acid conservedregions of reported plant disease resistance genes which encode proteins that contain nucleotide-binding site andleucine-rich repeats(NBS-LRR), and the plant disease resistance genes which encode serine/threonine proteinkinase(STK). By polymerase chain reaction(PCR), disease resistance gene analogues have been amplified fromthree wild rice species in Yunnan Province, China. The DNA fragments from amplification have been clonedinto the pGEM-T vector respectively. Sequencing of the DNA fragments indicated that 7 classes, 2 classes and6 classes NBS-LRR disease resistance gene analogues from Oryza rufipogon Griff. , Oryza officinalis Wall. ,and Oryza meyeriana Baill. were obtained respectively. The two representative fragments of TO12 from Ory-za officinalis Wall. and TR19 from Oryza rufipogon Griff. belong to the same class and homology of theirsequences are 100%. The result shows that the sequences of the same class disease resistance gene analogueshave no difference among different species of wild rice. 5 classes STK disease resistance gene analogues werealso obtained among which 4 classes from Oryza rufipogon Griff. , 1 class from Oryza officinalis Wall. Bycomparison analysis of amino acid sequences, we found that the obtained disease resistance gene analogues havevery iow identity(low to 25%) with the reported disease resistance gene L6, N, Bs2, Prf, Pto, Lr10 and Xa21etc. The finding suggests that the obtained disease resistance gene analogues are analogues of putative diseaseresistance genes that have not been isolated so far.     

植物系统获得抗病性及其信号调控

植物系统获得抗性是诱导抗性的一种,是植物受到病原物感染后建立的新抗性;水杨酸(SA)是其重要的信号分子;经SA信号转导,可激活NPR1,而NPR1亦可以负反馈调控SA合成;NPR1可进一步与其下游WRKY和TGA等转录因子相互作用,诱导病程相关蛋白基因的表达,最终植物建立了系统获得抗病性;信号分子SA与脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)之间存在复杂的(被)调控平衡关系,从而影响着SAR是否启动。     

模拟酸雨对番茄光合作用和病害发生的影响及油菜素内酯对其缓解效应

【目的】在全球气候变化大背景下,酸雨沉降日益加剧,严重影响蔬菜等农作物的产量、品质和抗性。油菜素内酯（brassinosteroid,BR）是一类植物体中广泛存在的植物激素,具有广谱调控植物抗性的作用。研究外源油菜素内酯对模拟酸雨环境下蔬菜作物光合作用和病害发生的影响,明确其对酸雨条件下蔬菜危害的缓解效应,对蔬菜作物安全生产提供指导。【方法】本研究以番茄（Solanum lycopersium L.）‘合作903’为材料,在模拟酸雨（模拟酸雨1（simulated acid rain 1,SiAR1）：NH₄NO₃（1.3 g·L^-1）、MgSO₄·7H₂O（3.1 g·L^-1）、Na₂SO₄（2.5 g·L^-1）、KHCO₃（1.3 g·L^-1）、CaCl₂·2H₂O（3.1 g·L^-1）,用1 N H₂SO₄调节pH至3.0;模拟酸雨2（SiAR2）：杭州地区春季收集的雨水,pH调至3.0）和对照（喷施dH₂O）条件下研究酸雨对番茄叶片光合作用和Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000（Pst DC3000）引发的细菌性叶斑病发生的影响,其次在模拟酸雨和对照条件下对番茄叶片外源施用BR,研究外源施用BR对番茄叶片的光合特性和细菌性叶斑病发生的缓解作用,为了研究BR缓解作用的内在机制,测定番茄叶片光合作用关键基因FBPase、SBPase、rbcS和抗病基因PR1、NPR1的表达以及抗氧化酶的活性。【结果】模拟酸雨导致番茄叶片净光合作用速率（Pn）、光系统II实际光化学效率（Φ_PSII）及光化学淬灭系数（qP）显著下降;模拟酸雨削弱了番茄对Pst DC3000的抗性,导致细菌性叶斑病发病率上升和菌落数显著增加。外源施用BR提高酸雨和对照条件下番茄叶片的光合作用,并有效增强了酸雨条件下番茄对Pst DC3000的抗性,使酸雨条件下叶片菌落数下降,光系统II实际光化学效率提高。探究BR缓解效应的内在机制发现,外源施用BR显著提高了番茄叶片光合作用关键基因FBPase、SBPase、rbcS和抗病基因PR1、NPR1等的表达,降低了膜脂质过氧化物丙二醛（MDA）的含量,并增加了愈创木酚过氧化物酶（G-POD）和过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶的活性,从而缓解模拟酸雨对番茄光合和抗病性的抑制作用。【结论】外源施用BR能够显著提高番茄内源光合相关基因和抗病基因的表达及抗氧化酶的活性,有效促进酸雨环境中番茄等园艺作物的生长和增强抗病性。     

植物抗病诱导剂的研究进展

主要介绍了植物抗病诱导剂的种类及其对植物诱导抗病的作用机制,并对其应用前景作出展望。     

马铃薯乙烯响应因子基因的克隆表达及生物信息学分析

根据番茄ERF5基因(NM_001247583.1)序列设计引物,采用RT-PCR方法得到马铃薯ERF基因的cDNA,并对其进行生物信息学及表达分析.结果表明:该cDNA全长789bp,阅读框为732bp,编码243个氨基酸.序列同源性分析表明该基因序列与番茄ERF5基因的序列同源性达82%,氨基酸序列同源性达70%.对该马铃薯ERF基因的氨基酸序列经BLAST进行多序列比对,发现该氨基酸序列的98～160bp为AP2结构域,属于AP2/EREBP转录因子的EREBP亚族ERF类.蛋白质三级结构预测表明该基因的AP2结构域非常保守.对ERF基因进行荧光定量PCR分析,表明该基因可能参与了马铃薯块茎解除休眠与发芽过程的调控.