水稻白叶枯病菌诱导水稻悬浮细胞防卫基因表达的初步研究

 以感病品系沈农103及其携带Xa-4抗病基因的近等基因系CBB₄为材料(均由中国农科院作物所章琦研究员惠赠)。     

受烯丙异噻唑诱导的水稻叶片蛋白质表达差异分析

采用烯丙异噻唑对空育131水稻进行灌根处理,利用双向电泳技术分析诱导后的水稻叶片和对照叶片蛋白质的表达差异,通过PDQuest8.0.1软件分析比较诱导组和对照组的双向电泳图谱后找到10个差异表达(2倍以上)上调的蛋白质点,取其中表达量较大的8个进行质谱分析。结果显示,这8个蛋白分别具有泛醌-细胞色素C还原酶活性、苏氨酸肽链内切酶活性、苹果酸脱氢酶活性、甘油醛-3-磷酸脱氢酶活性、磷酸核酮糖羧化酶活性、交替氧化酶活性、抗坏血酸过氧化物酶活性和质体特异性30S核糖体蛋白质活性。其中P1、P3和P4蛋白参与植物的呼吸代谢途径;P2蛋白参与蛋白质降解途径;P5蛋白参与植物糖的合成;P6和P7蛋白参与活性氧代谢平衡。研究表明,烯丙异噻唑是通过增强水稻呼吸作用、激活蛋白质降解、促进抗病相关糖的合成和提高活性氧清除能力等从而提高水稻的抗病性。     

Elicitin诱导烟草微敏反应和防卫基因的表达

 研究了一种α型elicitin-parasiticein对烟草微敏反应(microscopic hypersensitive response, micro-HR)和防卫反应分子表征基因表达的诱导作用。用150 nmol/L的parasiticein喷洒烟草叶片12 h后, 经曲利本蓝(trypan blue)染色, 光镜下可观察到有细胞坏死, 说明parasiticein引起了micro-HR, 而水和低浓度的parasiticein不能引起micro-HR。用parasiticein注射叶片可引起肉眼可见的HR, 注射用parasiticein浓度远比喷洒引起micro-HR的浓度低。Parasiticein还可诱导对TMV的抗性, 浓度在30 nmol/L时比150 nmol/L的效果好。用parasiticein注射烟草30 min, HR表征基因hsr203J和hin1开始表达, 在9 h内逐渐降低, 12~16 h肉眼可观察到HR。Parasiticein喷洒烟草后, 病程相关蛋白(pathogenesis-related, PR)基因PR-1b在诱导的第1 d到第5 d都有一定量的表达。可见, parasiticein能同步诱导过敏反 应和抗病 性及其分 子表征基 因的表达 。     

转基因水稻中β-1,3-葡聚糖酶基因启动子缺失体P3的激发子诱导活性

 选择合适的启动子是植物抗病基因工程的关键性因素,病原菌诱导型启动子的获得将为植物提供更多的启动子选择。将大麦β-1,3-葡聚糖酶同工酶GⅢ基因启动子的缺失体片段P3与报告基因gus (β-葡聚糖酸醛苷酶基因)偶联,构建植物表达载体,通过农杆菌介导法转化水稻。PCR结果表明,所获得的10株潮霉素抗性水稻植株均呈PCR阳性;DNA印迹法结果显示,9株含P3/gus的融合基因已整合到水稻基因组DNA中。GUS组织化学染色及荧光法结果显示,P3缺失体驱动的gus在激发子诱导后,获得了高水平表达。T₁代种子的GUS组织化学染色结果也表明,激发子可以诱导高水平的P3活性。     

寡糖诱导植物防卫反应的信号转导

寡糖作为一种生物类激发子,可以诱导植物产生防卫反应,提高植物的抗病性,从而抵御病原物的入侵。本文就寡糖的种类、特点及诱导植物防卫反应信号转导等方面作一评述。     

中生菌素对水稻悬浮细胞过氧化物酶基因转录表达的影响

用白叶枯菌（HB84—17）、10μg／ml中生菌素和10μg／ml中生菌素＋白叶枯菌处理水稻抗、感白叶枯病近等位基因系CBB4和沈农1033悬浮细胞，采用斑点杂交的方法研究了中生菌素对水稻悬浮细胞过氧化物酶基因转录表达的影响。结果表明，白叶枯菌、中生菌素和中生菌素＋白叶枯菌处理都能诱导悬浮细胞中过氧化物酶基因的转录表达。对于CBB4，白叶枯菌处理3h时过氧化物酶基因开始诱导转录表达，6h达到高峰，诱导表达时间持续至24h；中生菌素处理3h时开始大量表达，6h达到，高峰，大量表达持续至72h。对于沈农1033，白叶枯菌处理48h时过氧化物酶基因才开始诱导转录表达；中生菌素处理，3h就开始大量转录表达，并持续至48h。中生菌素＋白叶枯菌处理的感、抗病品种过氧化物酶基因的诱导转录表达强度和模式与单用中生菌素处理相同。     

稻瘟病菌培养液活性物质CFS对玉米抗病性的诱导作用

液体培养的稻瘟病菌菌丝经过滤，减压浓缩，乙醇沉淀，透析，离心，获得滤液活性物质CFS。以CFS为激发子，研究其对玉米抗病性的诱导作用。结果表明，CFS能够诱导玉米对大斑病菌和弯孢叶斑病菌产生抗病性。CFS的浓度与诱抗效果呈显著正相关关系，在0．01到0．5μg／μl葡萄糖当量的浓度范围内，随着激发子浓度的增加，其诱导的抗病性增强；当CFS浓度高于0．5μg／μl，其诱导的抗病性不再增强。CFS的最高诱抗效果（50％左右）出现在处理后的2～3d，之后逐渐下降，到10d降至20％左右。     

水稻和稻瘟病菌互作中的信号传导及防御反应基因诱导表达的研究

 水稻和稻瘟病菌互作是研究植物与病原菌互作的模式体系。本文利用3个水稻抗稻瘟病近等基因品系(CO39、C101LAC和C101A51)和2个特异性菌株(M209和M210)构成不同亲和程度的互作关系,研究了稻瘟病菌对3个水稻信号传导途径关键酶合成基因、5个防御反应病程相关蛋白基因和1个防御反应转录因子调控基因诱导表达的作用。结果表明:稻瘟病菌诱导了各种互作关系中水稻OsLOX、OsAOS和OsPAL酶合成基因的表达,水稻启动了茉莉酸和水杨酸防御反应信号传导途径。在不亲和的互作反应中,稻瘟病菌能不同程度地诱导水稻OsPR1a、OsPR2、OsPR3-1、OsPR3-2和OsPR4基因的表达,从而有效激活了防御反应系统,使水稻植株表现为抗病;而在亲和的互作反应中,多数OsPR基因的表达水平低、时间短或没有表达,水稻植株表现为感病。OsMyb基因在各种互作关系中有不同的诱导表达。说明这些防御相关基因的诱导表达可能与水稻抗稻瘟病性相关。     

双核丝核菌诱导水稻增强广谱抗病性和防卫酶系活性

 用无致病性的双核丝核菌(Binucleate Rhizoctonia species,简称BNR)菌株2 32-CG预接种处理水稻品种IR2 6苗期植株根茎基部,可以诱导水稻增强对纹枯病(R.solani Kühn)的抗性。与未处理对照相比,BNR处理水稻植株的纹枯病害严重度明显降低。2 4 h以上的BNR处理,可以彻底保护幼苗不受立枯丝核菌侵染的危害。经BNR诱导的水稻也表现对白叶枯病(Xanthomonas oryzae pv.oryzae)和条斑病(X.oryzae pv.oryzicola)的抗性。BNR可以显著地诱导水稻防卫反应中的2类关键酶——苯丙氨酸解氨酶(PAL)和过氧化物酶(POX)活性提高。受BNR诱导的抗病性与PAL和POX活性呈正相关。对BNR在水稻病害生物防治中的作用进行了讨论。     

转基因水稻对病原菌侵染的反应和防卫基因的表达分析

 为了阐明OsBTF3基因在水稻对白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)和细菌性条斑病菌(X. oryzae pv. oryzicola, Xoc)侵染抗/感反应中的功能,本研究以OsBTF3过量表达和RNAi转基因株系为材料,比较分析了T1代株系对病菌侵染的抗感病反应,定量测定了防卫基因的表达动态。结果表明,与野生型对照株相比,无论过量表达株系,还是RNAi株系对Xoo和Xoc侵染均表现为更加感病的反应; 经Xoo接种后,过量表达和RNAi株系OE37和RNAi株系RI30防卫基因的表达发生了不同程度的变化。因此,OsBTF3增量/减量表达对水稻抗/感病性具有重要的调控作用,这种作用可能并不依赖于水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)介导的信号途径。     

水稻热休克蛋白HSP70基因克隆、表达分析及原核表达

为明确水稻热休克蛋白70（heat shock protein 70,HSP70）基因在逆境胁迫下的表达特征,以日本晴粳稻水稻品种为材料,通过基因克隆方法获得水稻HSP70基因cDNA全长序列,并采用生物信息学的方法分析其序列特征,利用实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR,RT-qPCR）技术测定不同水稻组织、不同激素、不同温度以及不同逆境下HSP70基因的相对表达量,同时对其原核表达条件进行优化。结果表明,水稻HSP70基因全长1 950 bp,预测蛋白大小为71.18 kD,等电点为5.10,亚细胞定位于细胞质内,有较强的亲水性。水稻HSP70蛋白序列与香蕉HSP70蛋白序列的亲缘性较高;水稻HSP70基因表达具有组织特异性,在茎中的相对表达量最高,在根中最低;低温胁迫后,水稻HSP70基因在12 h内基因相对表达量相对稳定,在24 h时相对表达量达到峰值,为9.60;高温胁迫后,在较短时间内水稻HSP70基因显著上调并达到峰值,为79.10;激素吲哚乙酸、脱落酸和油菜素内酯均能诱导水稻HSP70基因表达;但在甘露醇模拟干旱和NaCl盐胁迫处理下,水稻HSP70基因的相对表达量呈现先升后降的趋势。水稻HSP70蛋白的最佳诱导温度是30℃,异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷最佳诱导浓度为1.2 mmol/L。     

水稻悬浮细胞中稻瘟菌激发子诱导性受体类似激酶cDNA的克隆及特征分析

 采用改进的差异显示方法由稻瘟菌激发子处理的水稻悬浮培养细胞中得到7个诱导表达的蛋白激酶cDNA片段。为获得这些蛋白激酶的编码全长序列,构建了稻瘟菌激发子处理的水稻细胞cDNA文库。以上述一个cDNA片段作为探针筛选文库,得到一个含有完整阅读框的cDNA克隆OsEPK1分析OsEPK1的推定氨基酸序列的结果表明:它由N端信号肽、胞外区域、跨膜结构和胞内蛋白激酶结构域等几部分组成,可能为一受体类似蛋白激酶。对比OsEPK1与其它植物受体类似蛋白激酶在胞外区域的相似性,结果显示OsEPK1与小麦叶锈激酶家族同源性较高,推测它们可能属于同一类植物受体类似蛋白激酶。此外,northern杂交显示,OsEPK1可由稻瘟菌激发子迅速瞬时诱导,因而它的诱导可能也是水稻对稻瘟菌侵染做出的一种早期防卫反应。     

水稻悬浮细胞中稻瘟菌激发子诱导性受体类似激酶cDNA的克隆及特征分析

采用改进的差异显示方法由稻瘟菌激发子处理的水稻悬浮培养细胞中得到７个诱导表达的蛋白激酶 ｃＤＮＡ 片段。为获得这些蛋白激酶的编码全长序列,构建了稻瘟菌激发子处理的水稻细胞ｃＤＮＡ 文库。以上述一个 ｃＤＮＡ 片段作为探针筛选文库,得到一个含有完整阅读框的 ｃＤＮＡ 克隆ＯｓＥＰＫ１。分析ＯｓＥＰＫ１的推定氨基酸序列的结果表明：它由Ｎ 端信号肽、胞外区域、跨膜结构和胞内蛋白激酶结构域等几部分组成,可能为一受体类似蛋白激酶。对比 ＯｓＥＰＫ１与其它植物受体类似蛋白激酶在胞外区域的相似性,结果显示ＯｓＥＰＫ１与小麦叶锈激酶家族同源性较高,推测它们可能属于同一类植物受体类似蛋白激酶。此外,ｎｏｒｔｈｅｒｎ 杂交显示,ＯｓＥＰＫ１可由稻瘟菌激发子迅速瞬时诱导,因而它的诱导可能也是水稻对稻瘟菌侵染做出的一种早期防卫反应。     

稻瘟病菌激发子诱导非寄主植物的抗病效果

 Hyphal cell wall crude elicitor(CWE)of rice blast pathogen could induce hypersensitive response in tobacco and induce other nonhost plants to be resistant to other fungal pathogens.When corn was treated with CWE,they inhibited the infection of Exserohilum turcicum and Curvularia lunata,and when plants of capsicum and cucumber were treated with CWE,they inhibited the infection of Colletotrichum gloeospori-oides.CWE solution showed no bioactivity on spore germination and hyphal growth of the experiment fungi in vitro.Nonhost resistance induced by CWE to other fungal pathogens was not complete resistance.The induced resistant effect(IRE) increased as CWE concentration increased,however,IRE had somehow satura-ted concentration of CWE.Induced nonhost resistance by incompatible pathogen was quantitative to other compatible pathogens.The induced resistance was best at 2 or 3 d after CWE treatment,and then decreased.IRE was about 20 percent in 10 d after CWE treatment.     

嵌合蛋白MoSlp1-AtCERK1作为抗病激发子的研究

本研究通过DNA体外重组技术,将稻瘟病菌MoSlp1基因和拟南芥几丁质寡糖受体基因AtCERK1的跨膜结构域和胞内结构域基因融合,构成嵌合基因MoSlp1-AtCERK1。在烟草瞬时表达试验中,MoSlp1-AtCERK1嵌合蛋白诱导烟草产生以过敏性坏死为表现形式的过敏反应。以带有MoSlp1-AtCERK1蛋白的农杆菌注射烟草,可增强烟草对烟草花叶病毒的抗病性。同时提高烟草的PR-1基因转录表达水平,表明MoSlp1-AtCERK1嵌合蛋白基因通过水杨酸信号传导的途径激活烟草系统获得性抗病。     

水稻VQ37基因的克隆及其在病原侵染下的表达

 VQ蛋白作为转录辅助蛋白,在植物的生长、发育和抗逆等生理过程中发挥重要的调节功能。本研究采用RT-PCR从水稻叶片中克隆了VQ37基因的完整cDNA序列。VQ37 cDNA长622 bp,具有长为546 bp的完整开放读码框,编码蛋白质长181个氨基酸,具有FxxxVHxVTG的VQ基序变体。系统进化分析表明,水稻VQ37与短花药野生稻(Oryza brachyantha)、大麦(Hordeum vulgare)和Dichanthelium oligosanthes等禾本科植物亲缘关系近;除水稻旁系同源物VQ39外,VQ37与短花药野生稻中的XP 015699121亲缘关系最近。原生质体瞬间表达实验证实VQ37定位在细胞核中。荧光定量PCR分析显示,VQ37基因的组织特异性表达和诱导表达结果与启动子顺式元件预测基本一致。VQ37在叶片中的表达丰度最高,其次是叶鞘、茎、穗、根和花,在胚和胚乳中无表达。VQ37受纹枯病菌(Rhizoctonia solani)和稻瘟病菌(Magnaporthe oryza)显著诱导,而不受白叶枯细菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)诱导;与此一致的是,VQ37受真菌病原相关模式(PAMP)分子几丁质寡糖快速诱导,而不受细菌鞭毛蛋白flg22影响。茉莉酸甲酯和乙烯利能显著诱导VQ37的表达,而水杨酸对其表达无明显影响。上述结果提示,VQ37可能调控水稻对稻瘟病菌和纹枯病菌防御反应,这种调节作用可能依赖于茉莉酸/乙烯介导的信号途径,而与水杨酸信号途径无关。该研究为阐释水稻VQ37基因在水稻抗病反应中的调节功能提供了基础。     

外源茉莉酸和真菌激发子诱导白菜CaMBP10的表达

 Recently,CaMBP10 was identified as a plant lipid transfer protein(LTP).In the study,four leaves old cabbages were treated with exogenous jasmonic acid(JA),JA plus LTP,fungal elicitor,200 mmol/L NaCl and 20% PEG respectively for understanding the functions of CaMBP10 in vivo.The expression of CaMBP10 was determined by using semi-quantitative RT-PCR.The results showed that the expressions of CaMBP10 were dramatically up-regulated in different levels under indicated conditions.It demonstrated that CaMBP10 was involved in biotic and abiotic stress response.