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。     

植物系统获得性抗性研究进展

植物系统获得性抗性(Systemic Acquired Resistance,SAR)是一种能够诱导植物持续抵御病原微生物侵害的一种防御机制。SAR需要信号分子水杨酸(Salicylic Acid,SA)参与,并与能够提高抗性的病程相关蛋白(PR)的积累有关。通过对模式植物拟南芥的研究发现,异分支酸合成酶途径是合成SA的主要途径。正调控因子NPR1与转录因子TGA相互作用,诱导防卫基因表达,进而激发SAR反应。最新研究表明,脂质分子有可能是SAR反应中的移动信号分子。这些研究结果有助于进一步了解SAR反应。     

水杨酸介导的植物系统获得抗性信号的传导途径

水杨酸(SA)是植物系统获得抗性(SAR)所必需的内源信号分子,在介导SAR的信号传导中起着十分重要的作用,这一点已经在烟草、黄瓜和拟南芥等植物中得到证实。水杨酸结合蛋白(SABP)与过氧化氢酶的活性相似,其与SA结合能抑制过氧化氢酶的活性,使植物细胞中过氧化氢水平升高,促使SAR的产生。病程相关基因非表达子1(NPR1)是在SAR信号转导途径中的关键性调控因子。     

NPR1结构与功能的研究进展

病程相关基因非表达子(non-expressor of pathogenesis-related genes 1,简称NPR1)作为植物激素水杨酸(SA)信号的主要调节因子,参与系统获得性抗性(systemic acquired resistance,简称SAR)的建立,在植物抵抗病原菌的侵染中起着重要作用.核内单体化的NPR1作为辅因子通过与转录因子的相互作用正向调控病程相关(pathogenesis-related,简称PR)基因的表达;NPR1的翻译后修饰与降解也增加了其调节机制研究的复杂性.此外,该蛋白的作用已扩展到对植物生长发育、昼夜节律稳态、内质网分泌相关蛋白以及抗冻等的调控.以NPR1调控建立SAR过程中的机制为重点,综述其结构特征以及各方面的重要功能,为NPR1蛋白在植物生命活动中潜在作用机制的研究提供参考.     

NH3基因转化水稻的研究

NPR1(non-expresser of pathogenesis related genes 1)是水杨酸(salicilic acid,SA)介导的植物系统获得抗性(systemic aquired resistance,SAR)的关键调控因子,在水稻中过量表达拟南芥NPR1和水稻NH1/OsNPR1(NPR1homologue 1)(NPR1的同源物)可增强抗病性.水稻基因组中还有4个NPR1旁系同源物(paralog).为了研究水稻NPR1旁系同源物3,NH3(NPR1 homologue 3),本文利用其自身启动子驱动NH3基因的表达,构建载体将其转入水稻,获得了10个T0代转基因植株.PCR检测证明NK3基因已成功转入水稻中.     

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。     

NPR1(nonexpresser of pathog-enesis-related genes)调控植物抗病机制的研究进展（英文）

NPR1是不同形式抗病转导途径中的交叉点之一,在系统获得抗性和诱导系统抗性中起着核心调控作用,是组成型抗性和由抗病基因决定的抗性的重要调控因子。该对目前NPR1基因及其类似物的抗病作用机制进行了完整的阐述,对NPR1转基因作物的研究现状和研究进展做了较为系统的论述,并对NPR1转基因作物的应用前景进行了展望。     

金针菇JA/SA信号通路基因鉴定及其对外源JA/SA应答

本研究鉴定了金针菇茉莉酸(JA)信号通路的4个关键基因:COI1、PDF1.2、MYC2-1、MYC2-2与水杨酸(SA)信号通路的4个关键基因:PR1-1、PR1-2、NPR1-1、NPR1-2。NBT染色法和荧光定量结果表明,金针菇JA/SA信号通路可应答外源JA/SA,50μmol·L~(-1)外源JA和500μmol·L~(-1)外源SA处理金针菇菌丝12h可显著提高JA/SA信号通路基因的转录水平,基因PDF1.2响应JA诱导最明显,可作为JA信号通路标记基因;JA/SA信号转导途径间存在协同或拮抗作用:SA信号转导通路中NPR1蛋白对JA信号转导通路中PDF1.2基因表达有抑制作用,外源JA/SA的相对浓度决定其作用的强弱。     

玉米抗病相关基因NPR1的同源克隆及表达分析

NPR1是植物系统获得性(systemic acquired resistance,SAR)抗病反应中的关键基因,对植物的广谱抗性起重要调控作用。以玉米自交系"齐319"为材料,通过PCR方法克隆到一个玉米NPR1基因(命名为Zm NPR1)。序列分析结果显示Zm NPR1包含两个保守结构域POZ/BTB位点和Ankyrin repeat锚蛋白重复位点。蛋白质聚类分析表明Zm NPR1与水稻Os NPR2的同源性最高。亚细胞定位结果显示Zm NPR1定位于洋葱表皮细胞的细胞核中。半定量PCR结果显示,Zm NPR1和玉米防卫基因PAL(编码苯丙氨酸解氨酶)响应水杨酸、玉米矮花叶病毒和玉米小斑病原菌的诱导并显著上调表达;而Zm NPR1和PAL的表达水平受到茉莉酸甲酯的明显抑制。这表明Zm NPR1在玉米中参与到水杨酸介导的抗病反应通路。     

植物系统获得抗性中的信号

系统介绍了植物系统获得抗性中的信号，包括水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）及其甲酯（MeJA)、系统素（systemin)、乙烯等信号分子和电信号。     

植物TGA转录因子研究进展

TGA基因家族是bZIP转录因子家族中十分重要的一组,其能够与靶基因启动子上的as-1区域相结合,激活或抑制下游靶标基因的转录,从而调控植株抗性或花器官发育。自烟草中首个TGA基因被鉴定以来,从拟南芥、水稻和苹果等多个物种中均有该家族基因被分离和鉴定出来。拟南芥基因组中共有10个TGA转录因子,依据其序列相似性可将其分为5组（Ⅰ组包含TGA1与TGA4;TGA2、TGA5与TGA6组成第Ⅱ组;TGA3与TGA7组成第Ⅲ组;TGA9和TGA10构成第Ⅳ组;PAN为第Ⅴ组）。其中Ⅰ、Ⅱ与Ⅲ组成员广泛参与植株的抗病反应。酵母双杂交和pull-down等结果显示,TGA1-TGA7均可与水杨酸信号途径关键调节因子NPR1相互作用。EMSA结果表明,这种相互作用能够促进TGA对下游PR1启动子的结合并上调其表达,提高植株抗病性。但这3组基因在植物基础抗性与系统获得抗性中的作用有所不同：tga3突变体对病菌的基础抗性存在缺陷,但植株诱导抗性却并不受影响;TGA1与TGA4对基础抗性和系统抗性均有一定影响;TGA2、TGA5与TGA6之间存在功能冗余,仅tga2/5/6三突变体才表现出与npr1突变体类似的系统获得性抗性缺乏的表型。酵母双杂交筛选发现：Ⅱ组TGA能够与谷氧还蛋白GRX480相互作用并介导SA对JA途径标记基因的抑制作用,同时,该组蛋白还能够与GRAS家族蛋白SCL14相互作用,增强下游CYP81D11与GSTU7等解毒相关基因的表达,以一种不依赖于NPR1的信号途径提高植物对外源化学物质毒害的耐性。此外,tga1/4双突变体与nrt2.1/2.2双突变体的初生根和侧生根生长在低氮条件下较野生型显著下降,ChIP和酵母单杂交结果显示,TGA1能够与硝酸盐转运蛋白基因NRT2.1及NRT2.2的启动子相互结合,通过调节这两个基因的表达来调节植物的氮响应。而TGA3在镉长距离运输中发挥重要作用。Ⅳ与Ⅴ组成员在调控花器官发育中具有重要作用。tga9/10表现出与roxy1/2双突变体类似的花药发育缺陷的表型;PAN能够与NPR1类蛋白BOP1和BOP2相互作用,并且pan与bop1/2双突变体均可表现出5枚萼片的表型,暗示花发育与抗病可能具有类似的信号调节机制。在文章最后介绍了翻译后修饰对TGA功能的影响,并对TGA未来的研究方向进行了探讨,以期为该领域研究者提供参考。     

园艺植物 WRKY 基因功能研究进展

WRKY 转录因子是植物中特有的一类反式作用因子。WRKY 基因家族成员众多,是植物中最大的转录因子家族之一。目前,已在多种园艺植物中对该家族进行了全基因组鉴定。大量研究表明,WRKY 转录因子参与了植物中多种生物学过程,如营养剥夺、胚胎发生、种子发育、毛状体发育、叶片衰老及其他发育和激素调节的过程,是许多调控信号网络的重要组成部分。WRKY 转录因子还可参与植物适应各种逆境的转录调控,已被证明其在生物应激反应中发挥重要作用并参与植物的防御机制,其在植物防御病菌、病毒和虫害调控过程中的重要作用正被逐步揭示。此外,WRKY 转录因子在植物响应环境中非生物胁迫方面的作用也被不断解析,其可参与调控植物对干旱、温度、盐及渗透的响应,并在此过程中发挥正向或负向调节作用。本文基于近年来的相关研究成果,重点综述了 WRKY 转录因子在园艺植物生长发育、胁迫响应和代谢合成方面所发挥的作用和调控机理,进一步明确园艺植物 WRKY 转录因子的重要生物学功能,阐明 WRKY 转录因子介导的转录调控网络,为园艺植物优良性状相关的遗传资源挖掘和分子育种提供理论支撑。     

植物抗性信号分子——水杨酸研究进展

植物在与病原物长期相互作用、共同进化过程中产生一系列防卫体系,从而有效地抑制病原物对自身的侵害。当植物受到病原物侵染时,侵染部位通常会在几小时内形成局部细胞死亡,限制病原物的增殖与扩散,称为过敏反应(HypersensitiveResponse,HR)。过敏反应几天或1周后整株植株会对其他病原物产生抗性,称为系统获得性抗性(SystemicAcquiredResistance,SAR)。SAR强调受侵染后植株获得整体抗性的能力,大量研究结果认为SAR是普遍存在的,并具有广谱性。许多研究证实,SA是SAR的重要诱导因子,也是植物受病原菌侵染后活化一系列防卫反应的信号传导途径中的重要组成成分。较为详细论述了SA在诱导植物产生抗病性过程中的作用及其研究进展,另外还对SA在其他抗性方面的作用做了简单的叙述。     

植物WRKY转录因子研究进展

转录因子在植物的生长发育及其对外界环境的反应中起着重要的调控作用。典型的转录因子含有DNA结合域,转录调控域,寡聚化位点和核定位信号,转录因子通过这些结构域与相应的顺式元件相互作用调控基因的表达。WRKY转录因子是植物中特有的N-端含有WRKYGQK高度保守氨基酸序列的一种转录调控因子,它能够与(T)(T)TGAC(C/T)序列(W-box)发生特异性结合,从而调节启动子中含W-box元件的调节基因和/或功能基因的表达,参与植物的各种生理生化反应。文章主要论述近年来植物WRKY转录因子的相关研究进展。     

Plant immunity requires conformational changes [corrected] of NPR1 via S-nitrosylation and thioredoxins

Changes in redox status have been observed during immune responses in different organisms, but the associated signaling mechanisms are poorly understood. In plants, these redox changes regulate the conformation of NPR1, a master regulator of salicylic acid (SA)-mediated defense genes. NPR1 is sequestered in the cytoplasm as an oligomer through intermolecular disulfide bonds. We report that S-nitrosylation of NPR1 by S-nitrosoglutathione (GSNO) at cysteine-156 facilitates its oligomerization, which maintains protein homeostasis upon SA induction. Conversely, the SA-induced NPR1 oligomer-to-monomer reaction is catalyzed by thioredoxins (TRXs). Mutations in both NPR1 cysteine-156 and TRX compromised NPR1-mediated disease resistance. Thus, the regulation of NPR1 is through the opposing action of GSNO and TRX. These findings suggest a link between pathogen-triggered redox changes and gene regulation in plant immunity.     

Systemic acquired resistance,NPR1, and pathogenesis-related genes in wheat and barley

In Arabidopsis, systemic acquired resistance (SAR) is established beyond the initial infection by a pathogen or is directly induced by treatment with salicylic acid (SA) or its functional analogs, 2,6-dichloroisonicotinic acid (INA) and benzothiadiazole (BTH). NPR1 protein is considered the master regulator of SAR in both SA signal sensing and transduction. In wheat (Triticum aestivum) and barley (Hordeum vulgare), both pathogen infection and BTH treatment can induce broad-spectrum resistance to various diseases, including powdery mildew, leaf rust, Fusarium head blight, etc. However, three different types of SAR-like responses including acquired resistance (AR), systemic immunity (SI), and BTH-induced resistance (BIR) seem to be achieved by activating different gene pathways. Recent research on wheat and barley NPR1 homologs in AR and SI has provided the initial clue for understanding the mechanism of SAR in these two plant species. In this review, the specific features of AR, SI, and BIR in wheat and barley were summarized and compared with that of SAR in model plants of Arabidopsis and rice. Research updates on downstream genes of SAR, including pathogenesis-related (PR) and BTH-induced genes, were highlighted.