植物抗病性及抗病信号转导的研究进展

模式植物拟南芥是研究植物抗病分子基础的极好工具。利用拟南芥突变体证明植物抗病信号途径是个复杂的网络。过氧化氢,水杨酸,茉莉酸,乙烯,油菜素内酯等信号分子在这个网络中起着重要作用。对植物抗病的分子机制的深入理解,将为病害防治提供新的思路。     

植物抗病中的信号分子研究

综述了近年来在植物抗病中的信号分子研究方面所取得的进展,包括水杨酸、乙烯、茉莉酸、活性氧、一氧化氮、钙离子及其β-氨基丁酸等信号分子诱导植物防卫反应中的作用,同时阐述了水杨酸诱导植物防卫反应的机理以及生物合成途径,并对今后的研究工作进行了展望。     

N-3-羰基十四烷酰基高丝氨酸内酯诱导番茄对灰霉病抗性机制初探

为了探究细菌群体感应(QS)信号分子N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)在植物上诱导对于真菌病害的抵抗能力。以番茄为试验材料,以灰霉为病原指示菌,通过不同侧链长度和侧链修饰的AHLs信号分子预处理后接种病原菌,发现长链信号分子N-3-羰基十四烷酰基高丝氨酸内酯(3OC14-HSL)对灰霉有最佳的抗性效果。实时荧光定量PCR检测抗病基因发现,与未处理对照组相比,信号分子3OC14-HSL预处理能显著诱导接种灰霉病后的番茄体内与茉莉酸(JA)信号通路相应基因PI1、PI2上调;而与水杨酸信号(SA)通路相关的NPR1基因显著下调,PR1基因则没有显著变化。进一步通过DAB染色、过氧化氢含量测定以及过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性检测发现,3OC14-HSL预处理相比未处理对照组使得番茄产生大量活性氧,且可以保持较高的POD、SOD活性。这些结果表明,长链信号分子N-3-羰基十四烷酰基高丝氨酸内酯可以诱导番茄对灰霉的抗性,而且该抗性效果可能与茉莉酸信号路径相关。     

茉莉酸等3种因素刺激番茄LeWRKY1的表达特征分析

为了研究LeWRKY1参与植物抗逆反应的分子机理,采用实时荧光定量PCR技术研究了LeWRKY1在番茄灰霉菌（Botrytis cinerea）侵染、茉莉酸（jasmonic acid,JA）、水杨酸（salicylic acid,SA）刺激时的表达情况。结果表明：外源植物激素JA可诱导LeWRKY1的表达,而SA对其无明显诱导作用;番茄灰霉菌侵染可诱导LeWRKY1表达。LeWRKY1可能通过JA依赖而SA非依赖的信号途径参与番茄对番茄灰霉菌防御反应的应答。     

中科院动物所研究发现大气二氧化碳浓度改变植物对线虫的诱导抗性

<正>地上与地下生物的互作联系是当代生态学研究的热点,而大气中CO2浓度升高是未来发生的必然趋势。由于茉莉酸介导的系统防御能够贯串植物的地上与地下部分,因此研究植物的茉莉酸诱导抗性途径可以将大气CO2浓度升高和地     

巴西橡胶树JAZ家族基因的克隆和表达分析

茉莉酸是调控橡胶树创伤反应及产排胶的重要激素,JAZ蛋白是茉莉酸信号途径中重要的负调控因子。目前,巴西橡胶树中已报道7个JAZ基因。本研究结合Genebank中已有的橡胶c DNA序列和本实验室转录组测序数据,通过电子克隆的方法获得5个橡胶JAZ基因全长序列,分别命名为HbJAZ3、HbJAZ4、HbJAZ5、HbJAZ6和HbJAZ12,并通过RT-PCR技术成功扩增得到HbJAZ3、HbJA5、HbJAZ6、HbJAZ12等4个基因的编码区。最后采用定量RT-PCR技术分析发现,4个橡胶JAZ基因在橡胶不同组织中的表达有明显,以及其在伤诱导和茉莉酸处理后的差异表达,发现4个橡胶JAZ基因的表达都受到茉莉酸及创伤处理的影响,说明这些JAZ蛋白参与橡胶茉莉酸调控的创伤反应,本研究为阐明橡胶产排胶调控机理打下基础。     

利用大麦基因芯片筛选簇毛麦抗白粉病相关基因及其抗病机制的初步研究

利用大麦基因芯片筛选差异表达基因并结合RT-PCR分析技术，对簇毛麦的抗白粉病机制进行了初步研究。基因芯片杂交试验获得了抗病簇毛麦非诱导叶片、抗病簇毛麦和感病突变体经白粉菌（Blumeria graminis f. sp. tritici）诱导叶片的基因表达谱。抗病簇毛麦经白粉菌诱导前后的表达谱及RT-PCR分析结果表明，抗病簇毛麦中乙烯和水杨酸信号途径的部分基因被白粉菌诱导增强表达，参与了白粉病的抗性过程。另外，通过比较诱导的抗病簇毛麦与诱导的簇毛麦感病突变体的表达谱并结合RT-PCR分析，发现感病突变体中乙烯和茉莉酸途径的部分基因被白粉菌诱导表达参与防卫反应，未观察到水杨酸信号途径参与防卫反应的证据。同时对抗、感簇毛麦经白粉菌诱导不同时间的叶片进行了内源水杨酸含量的测定，结果表明抗病簇毛麦经白粉菌诱导后水杨酸含量明显上升，而感病突变体中水杨酸含量始终处于较低水平。由于乙烯信号途径是抗、感簇毛麦中共同的信号途径，而水杨酸途径只在抗病簇毛麦中参与抗病反应，所以在簇毛麦的抗病过程中，水杨酸途径是一种最有效的信号传导途径。还筛选出一批与簇毛麦抗白粉病相关的基因，包括病程相关蛋白基因、防卫反应基因、转录因子、信号传导因子和抗病基因类似物等。     

广藿香PatTIFY6b基因克隆与功能分析

茉莉酸甲酯能诱导广藿香叶片中百秋李醇含量升高,但是其中的分子机制不清楚。本研究从茉莉酸甲酯处理的广藿香叶片转录组数据中筛选到一个表达量显著增加的基因,经过序列比对发现该基因与唇形科丹参转录因子Sm TIFY6b具有高度同源性,因此将其命名为PatTIFY6b。通过生物信息学对PatTIFY6b编码蛋白的结构和功能进行分析和预测,并以广藿香cDNA为模板,克隆得到PatTIFY6b。PatTIFY6b定位于细胞核,在广藿香不同组织中均有表达,叶片中表达量最高。茉莉酸甲酯处理下,PatTIFY6b和百秋李醇合成途径基因具有相似的表达模式,说明茉莉酸甲酯可能通过PatTIFY6b调控百秋李醇的合成。利用原核表达系统,成功表达了PatTIFY6b蛋白。将PatTIFY6b过表达在双子叶模式植物拟南芥中,筛选到纯合株系PatTIFY6b-ox-17。本研究首次克隆广藿香PatTIFY6b基因并对其功能进行初步探究,为后期研究广藿香百秋李醇生物合成的分子调控机制提供理论基础。     

黄瓜离体雌核发育早期相关基因的转录组初步分析

研究黄瓜离体雌核发育早期相关基因的表达,为进一步大幅提高黄瓜未受精子房培养胚胎诱导率奠定理论基础。采用基因表达谱芯片和qPCR技术,提取黄瓜未受精子房培养早期胚珠部位总RNA,从转录组水平分析了高频基因型和低频基因型黄瓜未受精子房培养早期差异基因表达。筛选出与胚胎发育相关的基因47个,经qPCR验证,获得8个候选基因,在高频型材料培养的前6 d均呈现高水平表达,在低频型材料培养中呈现低水平表达或总体变化下降的趋势。其中3个基因与响应水杨酸、茉莉酸防御系统,响应脱落酸刺激,生长素诱导结合蛋白以及玉米素合成途径中细胞分裂素脱氢酶的表达相关;2个基因参与POD酶活性表达;3个基因分别与苏氨酸-丝氨酸蛋白激酶、水通道蛋白以及机械敏感性离子通道蛋白相关。初步认为上述8个基因是与黄瓜离体雌核发育早期过程相关的重要基因。     

中科院发现植物激素茉莉酸正调控拟南芥抗冻害反应

<正>中科院西双版纳热带植物园余迪求研究员领导的植物分子生物学组研究发现,植物激素茉莉酸正调控拟南芥(Arabidopsis thaliana)抗冻害反应(Freezing response)。外源施加茉莉酸显著提高植物的组成型及冷驯化诱导的抗冻能力。相反,阻断植物内源茉莉酸的合成及信号转导,则导致植物对冻害敏感,表现为存活率低及电导率高。与茉莉酸正调控植物抗冻能力相一致的是,低温处理诱导内源茉莉酸合成相关酶的表达,从而提高内源茉莉酸的含量。进一步分析表明,     

荞麦BTI全长基因的克隆及表达分析

【研究目的】扩增荞麦胰蛋白酶抑制剂(Buckwheat trypsin inhibitor,BTI)基因,并对其表达特性和氨基酸同源性进行分析。【方法】根据荞麦胰蛋白酶抑制剂氨基酸的保守序列设计简并引物,采用RT-PCR和RACE技术,以荞麦cDNA为模板,扩增BTI基因并进行序列及其表达谱分析。【结果】克隆得到了BTI基因。它的cDNA全长为459bp,含有一个216bp的完整阅读框,编码72个氨基酸。同源性分析表明,其蛋白质序列与已报道的荞麦种子提取的BWI-1的氨基酸序列的同源性达96%,与笕属植物ATI、亚麻属植物Luti、马铃薯蛋白酶抑制剂PPI-I的氨基酸序列的同源性分别为65%、59%、48%。RT-PCR分析表明,BTI基因可在不同的组织中进行表达,但经伤害处理后的叶片中其表达量略高于生长各阶段。这可能与逆境情况(如外界损伤)下的应答等生理过程有关。【结论】荞麦BTI基因的获得,可为荞麦胰蛋白酶抑制剂的基础及应用研究奠定基础。     

大豆CHI1基因启动子的克隆及功能初探

为了解大豆ClassⅠ几丁酶基因(Chitinase gene)对不同胁迫响应的分子机制。利用PCR技术克隆了大豆ClassⅠChitinase基因的启动子片段(Gm CHI1p),序列分析表明,扩增片段(1 641 bp)与Gen Bank中的已知序列同源性达99.8%,且含有多个胁迫响应调控元件。利用GUS基因上游无启动子的表达载体p CAMBIA1391Z,构建GmCHI1p与GUS基因融合的植物表达载体pCAM-Gm CHI1p,并通过农杆菌介导法导入烟草中。在转基因烟草愈伤组织中检测到GUS活性,表明该启动子具有启动活性。对转基因烟草中的GUS活性进行初步定性分析,结果表明,GmCHI1p可驱动GUS基因在转基因烟草的根部特异性表达,而且在伤害处理的叶片中检测到GUS的强烈表达,表现出明显的根组织特异性及伤害诱导性。这种伤害诱导仅在伤害组织部位及其附近高效表达而没有被长距离传递,预计该启动子在转基因抗虫分子育种中具有巨大的应用前景。     

Systemic acquired resistance

Plants can be induced to switch on defense reactions to a broad range of pathogens as a result of prior exposure to pathogens or to various chemicals or physical stress. Induced resistance is expressed locally, at the site of the infection or systemically, at sites remotely located from the initial infection. Upon recognition of the initial stimulus by the plant, a signal transduction pathway is set in motion, that includes intra and intercellular signals, and results in the activation of defense mechanisms, mostly by expression of new genes. This brief review will focus on some of the recent advances in the understanding of systemic acquired resistance and on the role played by salicylic acid in this process. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

复叶槭机械损伤后不同时间挥发物释放规律的研究

研究了复叶槭在损伤后不同时间挥发物的释放规律。结果表明:己二酸二甲酯、丁二酸二异丁酯、乙酸-3-己烯酯、6-甲基-5庚烯-2酮、蒈烯、苯骈噻唑、苯甲酸和吲哚等挥发物是复叶槭遭受机械损伤后被诱导合成的,这些物质在复叶槭中可能具有直接防御、间接防御和作为报警信号分子在植株间传递伤害信息的功能。     

小麦类受体蛋白激酶基因TaPK3A的克隆与抗纹枯病功能初步分析

小麦纹枯病已成为我国小麦生产的重要限制因素。研究小麦防御反应分子基础,发掘有效的抗病基因是小麦抗纹枯病育种突破的前提。本研究从抗纹枯病小麦品系CI12633中克隆出一个类受体蛋白激酶(receptor-like protein kinase,RLK)基因TaPK3A,并对其表达特性及抗纹枯病功能进行了分析和验证。TaPK3A基因的开放阅读框长度为1983bp,编码660个氨基酸组成的类受体蛋白激酶。TaPK3A在抗纹枯病小麦品系CI12633中的表达受禾谷丝核菌的诱导而显著上调; TaPK3A在根、茎、叶、穗中都有表达,以叶中的表达量最高; TaPK3A的表达受植物激素水杨酸诱导最为显著。利用大麦条形花叶病毒(barley stripe mosaic virus, BSMV)诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术,降低抗纹枯病小麦CI12633中TaPK3A的转录水平,再接种禾谷丝核菌WK207进行纹枯病抗性鉴定。结果显示,与对照植株相比, TaPK3A转录量下降的CI12633植株对纹枯病的抗性显著降低,说明TaPK3A是小麦防御纹枯病反应所需的。     

罗勒烯信号传导途径各组分突变体高通量活体荧光筛选技术系统的建立

为了高效率地发现罗勒烯信号传导途径上的各信号传递成分,本研究拟采用正向遗传学的策略,即利用EMS诱变与荧光素酶-荧光素活体荧光成像检测技术体系相结合的方法筛选突变体。为此,构建了指示基因启动子PR1pro::Luciferase和PDF1.2pro::Luciferase质粒并转化拟南芥;通过抗性筛选与PCR检测,鉴定获得了T3代转基因纯合子植株。同时,购买了合适的高灵敏CCD相机、暗箱与软件,通过组装调试,成功制造了一台自制的、经济适用的活体荧光检测仪。转基因纯合植株经过茉莉酸、水杨酸或罗勒烯处理和喷施荧光底物后,放到荧光检测仪中,成功观察到了诱导后的转基因植株释放出高亮荧光,说明活体荧光成像检测系统构建成功。这些结果为进一步利用正向遗传学的方法高效筛选罗勒烯信号传导途径中各成分的突变体植株,以及阐明罗勒烯诱导的防御反应的作用机理奠定了良好基础。     

费尔干猪毛菜病程相关蛋白SfPR1a基因的异源表达增强了烟草对干旱、盐及叶斑病的抗性

为明确一年生草本盐生植物费尔干猪毛菜(Salsola ferganica Drob.)病程相关蛋白基因SfPR1a (GenBank登录号为JQ670917)是否参与了植物对逆境胁迫的响应,采用qRT-PCR检测了该基因在不同组织部位和脱落酸(ABA)、茉莉酸(JAs)、乙烯合成直接前体(ACC)等相关激素胁迫及NaCl处理下的表达规律,同时对转基因烟草在盐、旱及丁香假单胞菌等胁迫下的抗性进行了鉴定。结果显示, SfPR1a基因在费尔干猪毛菜根中的表达量显著高于茎叶中,且受到ABA、JAs、ACC、NaCl的积极诱导;干旱胁迫下,转基因烟草的丙二醛(MDA)含量显著低于野生型烟草,显示出较强的抗旱表型;盐胁迫下,异源表达SfPR1a的转基因烟草幼苗生长显著优于野生型烟草;丁香假单胞菌攻毒后的转基因烟草叶片呈现严重的坏死反应,但植株的整体抗性表型显著优于野生型烟草;亚细胞定位结果显示该蛋白定位于植物细胞质外体空间。以上结果表明,费尔干猪毛菜病程相关蛋白SfPR1a基因参与了植物对非生物及生物胁迫的抗性。     

病原诱导的中间偃麦草ERF转录因子基因的克隆及其表达特性

应用RT-PCR、RACE技术，从病原诱导的中间偃麦草叶片cDNA中，分离出1个编码ERF基因的全长cDNA序列，该基因暂命名为TiERF1a，编码由292个氨基酸组成的蛋白质，具有ERF转录因子典型的结构，即保守的AP2/ERF DNA 结合域、核定位位点和酸性激活区。TiERF1a的氨基酸序列与一个水稻ERF蛋白OsBIERF3具有66%的同源性，与拟南芥AtERF1同源性仅39.7%，为植物ERF转录因子家族B3亚群的一个新成员。表达分析结果表明，纹枯病菌、赤霉病菌侵染可诱导TiERF1a基因的上调表达，与防卫相关的激素乙烯、茉莉酸也可诱导该基因上调表达，且TiERF1a对外源乙烯、茉莉酸的响应时期早于对纹枯病菌、赤霉病菌响应时期，说明TiERF1a可能通过乙烯、茉莉酸信号途径参与寄主调控对纹枯病菌、赤霉病菌的防御反应。     

一个受黄萎病菌诱导的海岛棉功能基因GbVWR的克隆与表达

黄萎病是一种土传真菌维管束病害,严重影响棉花产量和品质。挖掘抗黄萎病相关基因对于棉花抗黄萎病遗传改良具有重要意义。本研究通过筛选黄萎病菌胁迫下的海岛棉全长cDNA文库和陆地棉SSH文库,获得一个与黄萎病菌胁迫相关的基因,命名为GbVWR。生物信息学特征和基因表达分析表明,GbVWR基因全长520 bp,开放读码框198 bp,编码65个氨基酸残基组成的蛋白,理论等电点为5.32,包含一个信号肽和一个跨膜区,是一种分泌蛋白。GbVWR基因可以诱导表达7 kD的蛋白。在GbVWR基因起始密码子上游1500 bp的核苷酸序列区间预测到真菌激发子响应、激素响应、伤口响应及黄酮生物合成基因调节等应答元件。GbVWR基因在海岛棉根中表达最高,茎中其次,叶中最低。受黄萎病菌诱导后,GbVWR基因在接菌后2 h可对黄萎病菌作出应答反应。此外SA、ET和GA均可显著诱导GbVWR基因的表达。初步推断GbVWR是海岛棉抵御黄萎病菌过程中一个新的功能基因,通过参与多种激素信号途径发挥功能     

棉花GhSKIP35基因的克隆与表达分析

以中植棉KV1 SSH文库为基础,从陆地棉中植棉KV1中克隆出来泛素途径SKIP35基因,命名为GhSKIP35。该基因的开放阅读框全长为1863个核苷酸,编码620个氨基酸,含有1个ANK保守结构域。进化分析表明,Gh SKIP35蛋白与甜橙(Citrus sinensis)的SKIP35蛋白相似性最高。q RT-PCR分析显示:在接种大丽轮枝菌V991菌系后初期Gh SKIP35基因表达量激增,12 h便可达到顶峰,24~48 h逐渐下降,推测它在陆地棉抗黄萎病早期防卫反应中起重要作用。利用VIGS(Virus induced gene silencing)技术,在中植棉KV1中成功地沉默Gh SKIP35基因;对沉默棉株接种大丽轮枝菌V991鉴定显示,其病情指数为50.75,而野生型的中植棉KV1和转化空载体棉株的病情指数分别为9.38和11.54。Gh SKIP35基因沉默后,中植棉KV1对黄萎病的抗性丧失,表明Gh SKIP35基因在陆地棉抗黄萎病的过程中起重要作用。