番茄受伤信号传导及诱导抗性的研究进展

番茄植株机械受伤后激活了受伤愈合和防御的各种机制,引发了受伤信号的产生、运转、感知接受和转导等以激活受伤诱导基因的表达。茉莉酸(Jasmonicacid,JA)在番茄对机械受伤反应中起中心作用,其他化合物,包括系统素、寡糖和寡聚半乳糖醛酸等也在受伤信号中起重要作用。番茄植株受伤诱导的蛋白酶抑制剂为研究诱导抗性提供了一个有用的模型体系,说明调控系统防御反应信号传导的各种途径,提出了细胞间受伤诱导蛋白酶抑制剂PIs表达的是多肽系统素(polypeptidesystemin)和植物激素茉莉酸。越来越多的证据指明:系统素和JA在同一信号途径中协同作用激活了PIs和其他防御相关基因的表达。     

失水处理诱导番茄中JA相关基因表达的研究

茉莉酸作为一种重要的植物激素,在调控植物对昆虫取食和腐生型病原菌等生物胁迫的抗性反应中具有重要作用。迄今为止,关于茉莉酸调控植物对非生物胁迫抗性的研究较少。以ABA和茉莉酸信号途径中一些番茄突变体为材料,利用荧光定量PCR方法研究失水处理对茉莉酸信号途径中相关标记基因的诱导情况,证明失水处理可诱导茉莉酸信号途径中相关标记基因的表达,这种诱导既依赖于ABA合成,又依赖于茉莉酸合成和信号传导,说明茉莉酸信号途径可能在调控番茄抗旱反应中发挥一定作用。     

茉莉酸对棉花单宁含量和抗虫相关酶活性的诱导效应

以植物生长调节物茉莉酸(Jasmonic acid,JA)为诱导子,以常规棉为研究对象,探讨了外源茉莉酸对棉花幼苗单宁和蛋白酶抑制素以及其它抗虫相关酶活性诱导的浓度依赖性和持久性,讨论了棉花抗虫相关物质的抗虫效果.结果表明,0.01、0.1和1.0 mmol/L茉莉酸都能在2周内诱导棉花单宁和胰蛋白酶抑制素(Proteinase inhibitors,PIs)含量增加,诱导多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)、苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonia-lyase,PAL)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)和过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性升高.对3种浓度茉莉酸的诱导效应进行分析表明,0.1 mmol/L茉莉酸对于诱导PIs、PPO、POD和CAT最有效,0.1和1.0 mmol/L茉莉酸对于诱导棉花单宁和苯丙氨酸解氨酶等效,二者的诱导效应均高于0.01 mmol/L.对茉莉酸诱导抗性的持久性进行分析表明,最佳诱导效应发生的时间各不相同:POD活性在JA处理后第1天最高,随后呈下降趋势,PIs和单宁含量分别在JA处理后第7天和第14天达最大值;JA处理后第1天和第7天的PPO活性无明显差异,但明显高于第14天;JA处理后第7天和第14天的PAL活性无明显差异,但明显高于第1天;JA处理后第1、7和14天棉花叶片的CAT活性均无明显差异.以上结果表明,茉莉酸可通过增加棉叶单宁和PIs含量、提高棉叶PAL、PPO、POD和CAT活性等增强棉花幼苗的抗虫性.     

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。     

茉莉酸在玉米地上部与地下部系统性诱导防御反应中的作用

 【目的】研究外源茉莉酸处理玉米地上部（或地下部）是否会系统性地影响到地下部（或地上部）的防御作用,探讨对玉米防御反应的影响是否与玉米的茉莉酸信号途径相关。【方法】以“高油115”玉米为材料,采用化学物质分析和基因表达分析方法,通过茉莉酸合成途径抑制剂水杨苷异羟肟酸（salicylhydroxamic acid, SHAM）预处理的对比实验,研究茉莉酸在玉米地上部与地下部诱导防御反应中的作用。【结果】外源茉莉酸处理玉米地上部能系统地影响到地下部防御物质的含量及防御相关基因的表达,处理地下部也能系统性地影响地上部。茉莉酸处理地上部以及茉莉酸处理地下部对玉米叶片防御反应的诱导均强于根系,而茉莉酸处理地上部对玉米同一部位的诱导作用强于茉莉酸处理地下部。茉莉酸处理地上部是通过激活茉莉酸自身合成来诱导叶片Bx1、Bx9、PAL、PR-1、MPI、FPS和TPS基因的表达、增加叶片丁布含量及降低咖啡酸含量的,同时系统诱导根系Bx6、Bx9、PAL和PR-2a基因表达、增加香豆酸和咖啡酸含量以及降低丁香酸含量则与激活地上部茉莉酸自身合成相关。茉莉酸处理玉米地下部对根系Bx6、PR-2a和MPI基因表达的诱导以及总酚含量的降低也是通过激活茉莉酸自身合成来实现的,对地上部（叶片）防御相关基因Bx6、Bx9、PAL、FPS和TPS表达的间接诱导作用以及丁布、香豆酸、咖啡酸和丁香酸的增加作用则与激活地下部茉莉酸自身合成相关。【结论】外源茉莉酸处理地上部能系统影响到地下部的防御反应,反之亦然;茉莉酸对玉米的诱导防御以叶片为主;茉莉酸处理地上部对玉米的诱导作用强于地下部处理;茉莉酸处理玉米的地上部或地下部,对处理部位防御作用的影响主要是通过激活玉米体内茉莉酸自身合成起作用的;茉莉酸处理玉米对非处理部位防御作用的影响则与激活处理部位茉莉酸自身合成相关。     

茉莉酸信号关键转录因子OsMYC2影响水稻愈伤诱导和分化的功能初探

为了了解茉莉酸(jasmonic acid, JA)信号途径基因在水稻愈伤组织诱导和分化过程中的作用，本研究对转录因子基因OsMYC2在水稻再生过程中的功能进行了研究。利用qRT-PCR技术对OsMYC2基因在水稻愈伤诱导和分化过程中的表达进行动态分析，同时对osmyc2基因编辑突变体在水稻组织培养再生过程中的表型进行鉴定，并对osmyc2突变体愈伤中的一些重要标记基因的表达进行调查和分析。qRT-PCR基因表达鉴定结果显示，OsMYC2基因在水稻成熟胚愈伤组织诱导和分化过程中均存在一定量的表达，且在分化期的表达量相对较高。而osmyc2突变体的愈伤诱导效率和分化效率均显著低于野生型对照日本晴。同时，基因表达分析发现，OsERF101、OsBBM2和OsWUS等与再生相关的重要基因在osmyc2突变体愈伤中的表达与野生型对照相比均显著下降。由此表明，OsMYC2基因可能通过茉莉酸信号途径影响水稻成熟胚愈伤组织的诱导形成和胚性愈伤的分化。该研究对OsMYC2在水稻再生过程中的作用进行了探索性研究，为未来深入研究茉莉酸信号途径影响水稻组织培养的分子机制提供了一定的理论基础。     

茉莉酸类物质在植物伤反应中的信号功能

植物伤反应是1个复杂的网络系统,茉莉酸类物质是植物伤反应中重要的信号分子.文章介绍了茉莉酸类在伤反应中的信号功能、信号转导模式以及胞间、胞内可能的信号转导途径,同时介绍了茉莉酸与乙烯、水杨酸、脱落酸、活性氧、一氧化氮的关系及其在伤反应中可能的作用机制.     

棉铃虫效应蛋白HARP1体外表达与纯化体系的建立

[目的]本文旨在通过建立棉铃虫效应蛋白HARP1体外表达纯化体系,对HARP1蛋白进行体外表达和纯化,为解析HARP1蛋白与植物茉莉酸信号途径中JAZ蛋白的互作分子机制奠定基础.[方法]对harp1基因序列进行密码子优化,使用蛋白预测软件预测HARP1中的信号肽和成熟肽.基于以上信息构建目的蛋白的表达质粒并进行诱导表达...     

玉米虫害诱导基因启动子在拟南芥中的活性分析

植物在感知到虫害信号后会经过复杂的转录调控,开启防御基因的表达。这一过程大多受到茉莉酸信号途径的调控,现有的相关研究主要集中在双子叶模式植物拟南芥中,在单子叶植物玉米中是否具有相似的转录调控模式目前尚不清楚。为了探索这一问题,从被玉米螟咬食和150 μmol/L JA处理12 h的RNAseq玉米文库中获得两个同时受诱导的基因,Zm281和ZmPal,重点对其启动子的诱导活性进行了分析。结果表明,这两个玉米启动子在未受JA处理的拟南芥中不能启动GUS报告基因的表达,但是在茉莉酸诱导后GUS报告基因受到强烈诱导,且在各组织器官中均有表达。该结果表明受虫咬后诱导表达的基因同时受JA的诱导,可为研究JA诱导虫害应答的分子机理奠定基础。     

虫害诱导植物体内信号

植物在遭受植食性昆虫攻击时，不同的植物会在其体内诱导不同的信号传导途径来抵御昆虫的侵食。主要就茉莉酸信号传导途径和水杨酸信号传导途径的合成途径、机理及其相互关系进行了综述，并说明植物体内信号传导途径的复杂性。     

CHARACTERISTICS OF HERBIVORY/WOUND-ELICITED ELECTRICAL SIGNAL TRANSDUCTION IN TOMATO

• Herbivory and mechanical wounding elicited electrical signals.• Petiole wounding elicited stronger electrical signals than did leaflet wounding.• Leaflet wounding elicited electrical signals and JA signaling within a compound leaf.• GLR3.3 and GLR3.5 mediated leaflet-to-leaflet electrical signal transduction.• JA synthesis and Helicoverpa armigera resistance were reduced in glr3.3/3.5 plants.Electrical signals commonly occur in plants in response to various environmental changes and have a dominant function in plant acclimation. The transduction of wound-elicited electrical signals in the model plant species Arabidopsis has been characterized but the characteristics of electrical signal transduction in response to herbivory or wounding in crop species remain unknown. Here, the features of electrical signals elicited by insect herbivory and wounding in tomato were investigated. Unlike those in Arabidopsis, wounding tomato leaves did not cause leaf-to-leaf electrical signal transduction. In contrast, electrical signals elicited in response to petiole wounding were stronger and more strongly transduced. Leaflet wounding also activated electrical signal transduction and jasmonic acid (JA) signaling within the whole compound leaf. It was also demonstrated that tomato glutamate receptor-like 3.3 (GLR3.3) and GLR3.5 mediated leaflet-to-leaflet electrical signal transduction. Herbivory-induced JA accumulation and Helicoverpa armigera resistance were reduced in glr3.3/3.5 plants. This work reveals the nature of electrical signal transduction in tomato and emphasizes the key roles of GLR3.3 and GLR3.5 in electrical signal transduction and JA signaling activation.     

Tomato SlPti5 plays a regulative role in the plant immune response against Botrytis cinerea through modulation of ROS system and hormone pathways

While SlPti5 has been shown to play a crucial role in the regulation of antagonistic genes in Solanum lycopersicum and Arabidopsis against pathogen infection, there have been no comprehensive studies on the effects of SlPti5 on the regulatory response mechanism of reactive oxygen species (ROS) system and hormone pathways during growth and disease resistance of tomato plants. Here, we investigated the function of SlPti5 in the defense response of tomato against Botrytis cinerea utilizing a virus-induced gene silencing (VIGS)-based system. Expression profile analysis showed that SlPti5 was significantly induced upon B. cinerea infection, with high expression levels in the leaves and fruit of tomato. VIGS-based silencing of SlPti5 inhibited early vegetative growth, increased the plant's susceptibility to infection, promoted the development of ROS, affected the expression of genes involved in the ROS scavenging system, and attenuated the expression of genes associated with pathogenesis and the ethylene/jasmonic acid signaling pathways. In sum, our data demonstrated that SlPti5 stimulates the immune response of tomato plant to Botrytis cinerea infection by involving the ethylene (ET)- and jasmonic acid (JA)-mediated pathways and modulating the expression of some key pathogenesis-related (PR) genes.     

ABA对TCV的防御作用研究

[目的]了解脱落酸(ABA)是否参与宿主对芜菁萎缩病毒(Turnip crinkle virus,TCV)的防御作用。[方法]外施ABA和选用相应突变体,利用Western-blot检测各植株中TCV外壳蛋白含量,并采用RT-PCR分析防御相关基因表达。[结果]外施SA、JA、ET和ABA后,仅SA和ABA对TCV积累有明显抑制作用。在拟南芥-TCV互作系统中,SA和ABA之间具拮抗效应,且ABA诱导对TCV的防御不依赖于SA途径。[结论]植物通过激活不同的信号途径调节宿主对病毒的防御。     

大豆疫霉效应因子PsCRN115诱导烟草抗性的机制分析

CRN(crinkling and necrosis induced protein)蛋白是卵菌所特有的一类效应因子,在已经测序的疫霉种中,每个基因组中预测都含有上百个CRN基因,关于其功能和分子机制目前研究不多。前期研究发现,大豆疫霉效应因子PsCRN115是大豆疫霉的致病性必需因子且能抑制植物的细胞死亡。为了进一步研究PsCRN115的功能,本研究采用农杆菌渗入法介导的基因瞬时转化技术在烟草上过表达该基因,发现PsCRN115可显著提高烟草对烟草疫霉的抗性。随后采用荧光定量PCR研究了其作用机制,发现PsCRN115可诱导水杨酸(SA)通路防卫反应基因的高表达,但对乙烯(ET)和茉莉酸(JA)通路防卫反应基因的表达影响不显著。表明:大豆疫霉效应因子PsCRN115是致病必需的因子,能被植物所识别,并诱导植物的防卫反应。     

高粱颖花开放前浆片茉莉酸信号基因表达变化

茉莉酸(JA)在植物生殖发育中发挥重要调控作用,尤其是促进禾本科植物的颖花开放。然而迄今有关高粱颖花开放削浆片内JA信号相关基因的表达变化模式与颖花开放时间的关系尚不清楚。以常规高粱种质"625R"为试材,采用RNA-seq技术分析高粱颖花开放前12 h和1 h的浆片转录组差异;并通过与数据库比对,分析高粱颖花开放前茉莉酸生物合成及信号转导途径相关基因的表达变化。结果表明,2个时期浆片组织中富集于茉莉酸生物合成及信号转导途径的差异基因有51个,且以花前12 h为对照,上调基因有41个,下调基因10个。茉莉酸生物合成途径中,差异基因主要涉及JA合成的上游调控步骤,而JA信号转导途径中则以JAZ蛋白响应基因数目最多、强度最大。研究结果为进一步阐明颖花开放进程中浆片吸水膨大的分子机制提供依据。     

AtJAR1基因在拟南芥耐盐性中的功能分析

  目的  茉莉酰氨基酸结合物合成酶(jasmonoyl amino acid conjugate synthase,JAR1)可以催化茉莉酸(jasmonic acid,JA)形成茉莉酸的活性形式茉莉酸异亮氨基酸复合体(jasmonic acid-isoleucine,JA-Ile),从而激活JA信号途径。JA信号途径在介导植物盐胁迫的响应中发挥重要作用,因此,探究AtJAR1在植物耐盐性中的功能对于研究JA信号途径影响植物耐盐性的机制具有重要作用。  方法  运用CRISPR/Cas9基因编辑技术,创建了2个不同的拟南芥Arabidopsis thaliana AtJAR1基因突变体,并对这2个突变体进行地上部生物量的统计分析和JA信号标记基因的表达分析,以确定AtJAR1基因功能缺失。之后,观察分析不同浓度氯化钠和脱落酸(ABA)处理对jar1突变体的种子萌发和幼苗建成的影响,明确AtJAR1基因对拟南芥耐盐性的影响。最后,通过比较分析盐处理前后野生型和突变体的钾离子(K+)和钠离子(Na+)质量摩尔浓度,以及高亲和力K+转运蛋白基因AtHAK5的表达变化情况,初步探究AtJAR1基因在拟南芥耐盐性中的功能。  结果  JA信号标记基因AtVSP1和AtVSP2的表达量大幅下调,表明AtJAR1基因功能丧失。与点突变产生的jar1-1突变体不同的是,这2个突变体表现为前3周生长加快,之后逐渐减缓并出现叶片萎蔫的表型。同时,AtJAR1突变可以缓解盐胁迫和ABA对种子萌发和根系生长产生的抑制作用。此外,盐胁迫下AtJAR1突变可以促进AtHAK5的表达和根系对K+的吸收转运。  结论  JA信号途径可能通过与ABA交互作用影响AtHAK5的表达量,以调节植物根系对K+的吸收转运,进而改变细胞内K+/Na+平衡,最终影响植物耐盐性。图8表2参52