干涉丹参SmORA1对植物抗病和丹参酮类次生代谢的影响

【目的】乙烯响应因子(ethylene response factor,ERF)是植物特有的一类转录因子,普遍参与植物各类胁迫反应。前期从药用植物丹参(Salvia miltiorrhiza)中筛选得到了一条与长春花(Catharanthus roseus)中Cr ORCA3高度同源的ERF转录因子编码基因(命名为Sm ORA1)。论文旨在通过干涉丹参Sm ORA1的表达,进一步明确Sm ORA1在植物抗病反应与丹参酮合成代谢调控中的作用。【方法】扩增Sm ORA1基因片段,构建Sm ORA1基因干涉载体pk-ORAi并采用农杆菌介导的叶盘转化法转化丹参,经抗生素抗性筛选和PCR鉴定获得阳性转基因丹参植株;采用分光光度法或酶联免疫方法检测立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)侵染后转基因株系中丙氨酸解氨酶(phenylalnine ammonialyase,PAL)、过氧化氢酶(catalase,CAT)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)等抗性相关酶活性和还原型谷胱甘肽(glutathione,GSH)、脯氨酸(proline,Pro)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量等抗性相关生理指标的变化;采用HPLC法考察干涉Sm ORA1表达对二氢丹参酮、隐丹参酮和丹参酮ⅡA等丹参酮类次生代谢物含量的影响;采用实时定量PCR考察干涉Sm ORA1对丹参株系抗性基因和丹参酮合成相关关键酶基因表达的影响。【结果】经抗生素和PCR筛选获得了11个阳性株系,进一步采用实时定量PCR分析得到3个Sm ORA1表达显著下调的转基因株系(RNAi-11、RNAi-18、RNAi-22),干涉效率达到80%以上。立枯丝核菌对丹参植株有明显的致病力,可以有效诱导丹参发病;其侵染后,Sm ORA1-RNAi转基因株系病情指数显著高于野生型(WT)和空载(VK)对照株系,病情更严重;Sm ORA1-RNAi转基因株系中的MDA含量显著高于WT和VK对照株系,说明干涉Sm ORA1的丹参株系抗衰老能力显著下降;植物抗性相关的PAL、CAT和SOD等酶活性以及GSH和Pro等物质含量显著低于对照株系,说明干涉Sm ORA1的丹参株系抗病性也呈现明显减弱;进一步研究发现Sm ORA1-RNAi转基因株系中抗病性相关蛋白编码基因Sm PDF1.2、Sm STH-2和Sm PR-10的表达量明显低于对照株系。采用HPLC方法分析发现,丹参Sm ORA1干涉株系中丹参酮ⅡA和隐丹参酮含量显著下降;同时采用实时定量PCR检测分析,发现丹参Sm ORA1干涉株系中丹参酮合成途径关键酶基因Sm HMGR1、Sm HMGR2、Sm GPPS、Sm GGPPS1和Sm GGPPS3等表达显著下调,说明Sm ORA1可能通过调节Sm HMGR1、Sm HMGR2、Sm GPPS、Sm GGPPS1和Sm GGPPS3等丹参酮合成途径关键酶基因的表达参与丹参酮类化合物的合成调控。【结论】丹参Sm ORA1参与了丹参抗病反应,而且与丹参酮类次生代谢物质的合成密切相关。

Effect of RNAi of SmORA1 on Disease Resistance and Tanshinones Secondary Metabolism in Salvia miltiorrhiza