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大丽轮枝菌蛋白激发子PevD1诱导植物抗病性及作用机理

李泽  梁颖博  卜冰武  段佳琪  杨秀芬  
【摘要】:由大丽轮枝菌Verticillium dahliae引起的棉花黄萎病是世界范围内的土传维管束病害,严重影响棉花产量和品质,目前尚缺乏有效的防治措施,有"棉花癌症"之称。由于棉花栽培品种遗传背景较为复杂,抗黄萎病育种方面进展缓慢。在当前缺乏棉花抗病品种的情况下,诱导植株抗性成为该病害防控可选的措施之一。病原菌在侵染寄主植物过程中产生的激发子可以触发植物免疫防御反应,通过复杂的防御信号传导网络来提高植物防御基因和PR蛋白的表达,增强细胞壁结构和诱导植保素合成,从而提高植物广谱性的基础抗性。PevD1是笔者实验室从大丽轮枝菌培养液中分离、纯化出的一种蛋白类激发子,研究证明,PevD1能引起烟草叶片过敏反应,激活植物免疫系统,包括早期信号分子H_2O_2和NO的产生和积累,抗病基因和防御蛋白的表达。用大肠杆菌和毕赤酵母细胞表达的重组蛋白PevD1能提高本生烟对烟草花叶病毒(TMV)和烟草野火病致病菌Pseudomonas syringae pv.tabaci.、棉花/烟草对黄萎病致病菌大丽轮枝菌的抗病性。转录组测序(RNA-Seq)数据分析显示,本生烟响应PevD1诱导的大量差异表达基因显著富集苯丙烷代谢途径和倍半萜和三萜合成通路上。进一步研究证明,PevD1能诱导次级代谢产物木质素的大量积累,电镜观察到PevD1处理5天后维管束细胞壁明显比未处理的细胞壁加厚,维管束周围细胞颗粒状物质有大量积累,说明PevD1诱导植物提高了物理防御能力。通过qPCR技术验证了PevD1能诱导倍半萜合成途径中多个基因的上调表达,特别是茄科倍半萜植保素辣椒醇合成关键基因EAS和EAH的转录表达水平显著上调;用HPLC检测了PevD1诱导后辣椒醇的含量,结果证明PevD1能诱导本生烟产生大量的植保素辣椒醇,用缓冲液处理的对照叶片未检测到辣椒醇的产生,辣椒醇对多种病原细菌和真菌都有强烈的抑制或杀死作用,说明PevD1除了能增强物理防御外,也能提高植物的化学防御能力。

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