番茄受伤反应防御信号的遗传解析

番茄植株受伤诱导的蛋白酶抑制剂(PIs)为研究诱导抗性提供了模型体系,该模型体系可以说明调控系统防御反应信号传导的各种途径。在细胞间,受伤诱导PIs表达的是多肽系统素和氧脂衍生的植物激素茉莉酸,系统素和茉莉酸在同一信号途径中协同作用激活了PIs和其他相关防御基因的表达。     

依赖于JA信号的蛋白酶抑制剂介导番茄对斜纹夜蛾的抗性

蛋白酶抑制剂(PI)是番茄防御虫害的重要次生代谢物,茉莉酸(JA)信号在植物抗虫中发挥重要作用.然而,PI和JA在番茄抗虫中的关系与功能尚不明确.以重要鳞翅目害虫斜纹夜蛾、野生型番茄CM、JA突变体spr8和系统素过表达35S∷PS为材料,研究PI和JA在番茄抗虫中的关系与功能.结果表明,与取食对照CM相比,取食35S∷PS的斜纹夜蛾体重增量显著下降,而取食spr8的斜纹夜蛾体重增量显著上升,表明JA信号和系统素都参与了番茄抗虫过程.虫害后CM与35S∷PS中JA合成基因lapA1和pin2表达量显著上调,而spr8中JA合成基因表达量无明显变化,表明番茄抗虫依赖于JA信号.虫害还可以诱导CM合成PI,且35S∷PS中PI含量显著高于CM,spr8中PI含量显著低于CM,说明系统素和JA信号在PI合成中起重要作用.当取食添加PI的饲料时,斜纹夜蛾体重增长率显著下降.以上结果表明番茄受到虫害后通过JA信号调控PI的合成,从而提高对斜纹夜蛾的抗性.     

茉莉酸信号转导途径介导番茄对棉铃虫的抗性

以过表达前系统素转基因番茄(35S∷prosys)、茉莉酸合成突变体番茄(spr2)和野生型番茄(WT)为试验材料,研究了其被棉铃虫取食后叶片保护酶活性和防御反应基因表达情况,以及对棉铃虫抗性的影响.结果表明:棉铃虫取食不同基因型番茄叶片后,多酚氧化酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶和脂氧合酶活性在35S∷prosys植株中最高,在WT植株中次之,在spr2植株中最低.荧光定量PCR检测表明,棉铃虫取食不同基因型番茄叶片后,脂氧合酶基因、丙二烯氧化物环化酶基因和蛋白酶抑制剂基因的转录水平在35S∷prosys植株中最高,在WT植株中次之,而在spr2植株中这些抗性基因的表达未受到虫害的诱导.生物测定表明,取食spr2的棉铃虫体重是取食WT和35S∷prosys棉铃虫体重的2.17和2.96倍.可见,茉莉酸信号途径介导了番茄对棉铃虫的抗性.     

内生细菌EBS05对番茄植物的促生和诱导抗病性信号转导途径的研究

以番茄品种江蔬14号为试验材料,研究了内生细菌EBS05对番茄的促生作用及其对番茄抗番茄黄化曲叶病毒(TYLCV)的诱导作用。研究结果表明,EBS05对番茄植株具有明显的促生作用,能诱导番茄体内细胞生长相关扩张蛋白基因LeEXP2、LeEXP5和LeEXP18的增量表达。EBS05菌悬液诱导处理后接种TYLCV,SA信号转导途径下游关键基因NPR1和PR1在第1天均被激活,且于诱导处理后3~5 d增量表达,至第7天达到最高峰值,分别比对照番茄植株增加了16倍和13倍。由此推测,内生细菌EBS05诱导番茄对TYLCV的系统抗性是通过SA信号转导途径实现的。同时,接种后5 d,JA信号转导途径标记基因Coi1被激活,且增量表达,表明在内生细菌EBS05诱导番茄对TYLCV系统抗性信号转导途径过程中,可能存在SA信号途径和JA信号途径的交叉协同作用。     

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.     

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。     

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。     

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。     

茉莉酸等3种因素刺激番茄对LeWRKY1表达的影响分析(英文)

[目的]为了研究LeWRKY1参与植物抗逆反应的分子机理。[方法]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]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。[结论]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。     

马铃薯块茎蛾取食对马铃薯防御基因表达的诱导作用

为探讨马铃薯对马铃薯块茎蛾(Phthorimaea operculella)取食的防御反应分子机制,在室内条件下测定马铃薯块茎蛾取食、机械损伤、外源水杨酸甲酯和外源茉莉酸诱导处理后马铃薯叶片中苯丙氨酸解氨酶(PAL)基因(pal)、过氧化物酶(POD)基因(pod)和过氧化氢酶(CAT)基因(cat)的相对表达量,同时以健康植株为对照。结果表明:pal、pod和cat基因表达量变化趋势存在差异,说明马铃薯块茎蛾取食既激活了水杨酸介导的防御信号转导途径,也激活了茉莉酸介导的信号转导途径,并且2个通路间存在交互作用。     

新型植物激素——系统素

系统素最初是指在番茄叶片中发现的与植物防卫反应相关的1种含18个氨基酸的多肽信号,现已成为植物伤害生理研究领域的热点。概述了植物系统素的结构特点、前体及其在伤信号转导中的作用等方面的研究进展,并展望了系统素今后的研究方向。     

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.     

茉莉酸类物质的功能与胁迫防御

具有茉莉酸基本结构的茉莉酸类衍生物，广泛在于植物界中，具有极为广谱的生理效应，主要表现为能诱导与生物抗逆境作用相关的物质的形成、促进衰老以及抑制生长等。同时，茉莉酸类衍生物可诱导许多植物特异基因如贮藏蛋白基因和与植物抗病虫害及其它逆境相关的基因的表达，产生特异的蛋白质，最近还发现茉莉酸能充当胁迫诱导反应的信号分子，由其通知植株未受伤部位和邻近植株进入警戒状态，因而再度成为植物生理学和植物分子生物学领域研究的热点。研究还发现茉莉酸（JA）与脱落酸（ABA）在促进衰老及对胁迫的反应上作用较为相似，两者可独立地发挥作用或以某种形式相互协调，笔者就茉莉酸类衍生物的生理生化作用及其在胁迫防御中的作用作一简要综述。     

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-i...     

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。     

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⁺...     

LeWRKY2基因的克隆及功能分析

【目的】克隆番茄WRKY2转录因子,为研究番茄抗病反应的分子机理和分子育种奠定基础。【方法】根据克隆出的番茄LeWRKY2基因特异片段（GenBank登录号：EU755368.1）,运用cDNA末端快速扩增（rapid amplification of cNDA ends,RACE）技术克隆番茄LeWRKY2 cDNA全长,并用生物信息学的方法对其进行分析。用实时荧光定量PCR方法检测番茄经JA、番茄灰霉菌（Botrytis cinerea）、放线菌酮（cycloheximide）刺激时LeWRKY2基因的表达情况。【结果】①从番茄中克隆到一条全长为1 007 bp的cDNA序列,命名为LeWRKY2基因,阅读框471 bp,编码156个氨基酸。②LeWRKY2蛋白含有1个WRKY结构域和1个C2H2型锌指结构,可能具有转录、转录调控、信号传导功能。③100 μmol•L-1 茉莉酸（jasmonic acid,JA）刺激番茄幼苗0-60 min时,LeWRKY2基因的相对含量与JA刺激时间成正比;而刺激60-150 min时,LeWRKY2基因的相对含量与JA刺激时间成反比;④番茄灰霉菌可以诱导LeWRKY2基因的的表达,且在4 h时表达量达到最高;⑤LeWRKY2基因的转录产物的合成不依赖于蛋白质的从头合成。【结论】LeWRKY2是一种参与番茄防御反应的早期快速反应基因。