生物激发子与氧化还原相关信号对植物生长和抗病性的调控作用
发布时间：2017-07-18 22:07
本文关键词：生物激发子与氧化还原相关信号对植物生长和抗病性的调控作用
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【摘要】： 随着人们对农作物上使用农药的关心，寻找一种安的保护农作物的方法是全世界努力的方向。生防细菌和其他一些天然来源的材料在病害防治和提高产量上有着巨大的应用潜力。Pseudomonas和Bacillus species是一类非常重要的生防细菌，以多种机理保护植物，也能促进种子发芽和植物生长。Harpin是多种植物病原细菌产生的Ⅲ型效应因子的蛋白质，在病原菌侵染的时候泌出激发植物的多种反应，外源施用到植物上能引起多种有利效应。HpaG_(xoo)，Xanthomonas oryzae pv．oryzae产生的一种harpin蛋白质，能激发植物对病原菌和昆虫的防卫反应，促进植物生长，hpaG_(xoo)的转基因烟草系统获得抗性(systemic acquired resistance，SAR)受到诱导。生防细菌在根部的定殖能诱导植物的ISR(induced systemic resistance，诱导系统抗性)，ISR与SAR拮抗，赋予植物截然不同的抗病机理。因此，Ⅲ型效应因子和生防细菌一起使用很可能比其中一个单独使用对植物具有更好的诱导作用。本研究的目的是探清生防细菌和Ⅲ型效应因子是如何互作的，如何影响植物的生长和抗病性。P．cepacia P6854和B．subtilisB-916对水稻纹枯病有比较好的防效，我们产生了hpaG_(xoo)的转基因水稻(品种R109)的一些株系，研究发现HpaG_(xoo)-expressing rice line 1 (HER1)生长较快，对盐胁迫和病原菌的防卫反应较强。 Elicitin是疫霉菌产生的一类寄主特异性蛋白质激发子，能诱导多种烟属植物、萝卜和芸苔产生过敏反应(hypersensitive response，HR)，但对番茄、马铃薯等茄科植物，多数十字花科植物等无效。Elicitin不仅能诱导植物的过敏反应，也能诱导多种植物的多种防卫反应，例如：可以诱导烟草抗黑胫病(P．parasitica)和由Xanthomonascampestris pv armoraciae引起的病害，也能使烟草抗TMV的侵染。Harpins和elicitins这两类重要的激发子，诱导植物抗病、抗逆的机理既有相似之处，又有不同，二者共同作用于植物时，是否能协同作用，需要进一步研究。在本研究中构建了能同时表达两种激发子的工程菌，研究了该双元激发子的工程菌的蛋白粗提液与单元激发子蛋白粗提液引起烟草的微敏反应和系统抗病性的差异。 核黄素(VB_2)在细菌和高等生物内是核黄素结合辅酶FMN和FAD的重要成分，FMN和FAD是主要的酶促反应如氢化物、氧和电子传递反应的酶的辅酶因子，是一种多功能性的维生素，对动植物、微生物的生长、抗病都有很重要的作用。核黄素在植物和微生物中都能自我合成，合成途径的倒数第二步是由2，4-二氢喋啶合酶(lumazine synthase，LS)催化的，倒数第一步是由核黄素合酶(riboflavin synthase，RS)催化的。动物和人类都缺少这两种酶，，但是很多细菌和酵母却依赖这两种酶形成内源核黄素，很久以来LS和RS蛋白质高级结构得到很好的研究，用来设计疫苗，治疗人类和动物的疾病，很多细菌和酵母编码LS和RS蛋白质的基因已经得到克隆。在拟南芥中发现LS与茉莉酸途径相交叉，与根对茉莉酸的敏感性、植物的抗病性密切相关。由此可推断水稻上的OsLS和OsRS很可能存在着目前不为所知的功能，在植物上编码这两个酶的基因的报道不多，尤其是水稻的这两个基因根本还没得到克隆。 硫氧还蛋白(thioredoxin，TRX)是一种小分子量蛋白质，催化巯基-二硫键的交换反应，参与细胞还原环境的调节，在不同的组织和器官内有不同的构象，具有多功能性。目前已经在多种微生物、植物和动物内克隆到该基因，细胞质、叶绿体和线粒体内都有多种构象的硫氧还蛋白，除了能消除氧胁迫，这种蛋白质越来越多的功能被发现。烟草上该基因(NtTRX)的功能研究甚少，在生长和抗病性上的功能尚未见报道。 本博士论文的研究目的就是初步研究清楚激发子HpaG_(xoo)与生防细菌P．cepacia和B．subtilis或者激发子ParAl一起使用时对植物的生长、抗病性和过敏反应的影响是否存在互作；水稻的核黄素合成过程的酶促步骤的OsLS和OsRS基因和烟草的其中一个氧化还原作用的NtTRX基因(NtTRXh)在植物的生长、抗病性、细胞死亡和活性氧胁迫上的作用。研究结果如下： 1生物激发子与生防细菌协同作用影响檀物的生长、抗病和过敏反应 为了搞清生防细菌和HpaG_(Xoo)在作物上一起存在时是否能够对植物的生长和抗病有更好的作用，研究了P．cepacia和B．subtilis在野生型水稻R109和表达hpaG_(xoo)的水稻株系HER1上的作用。与野生型R109相比，HER1的长势较好、产量高、对病害和盐胁迫的抗性强。与水处理的对照相比，P．cepacia和B．subtilis的定殖促进R109和HER1根的生长，也能促进R109茎叶的生长，但是HER1茎叶的生长受到抑制。接种纹枯病菌(Rhizoctonia solani)后用P．cepacia和B．subtilis处理，R109和HER1的发病程度都比对照轻，而且HER1有更好的抗性，这说明P．cepacia、B．subtilis和HpaG_(xoo)在诱导植物的抗病性上相互协作。P．cepacia和B．subtilis在根部定殖后，HER1和R109上一些与生长和防卫密切相关的基因具有不同的表达谱。在R109的根内，调控植物生长的OsARF1表达量与P．cepacia和B．subtilis对生长的促进作用是一致的，相反在HER1的茎叶内，OsARF1表达量与P．cepacia和B．subtilis对水稻的抑制作用相一致。在R109和HER1内参与植物生长的编码延展蛋白的OsEXP1对P．cepacia的反应在茎叶内与生长一致，但是在根内却不一致。OsMAPK编码细胞分裂素激活的蛋白质激酶，调控水稻内对盐和病菌侵染的防卫反应，P．cepacia和B．subtilis处理后，R109内OsMAPK的早期表达与抗病性是一致的，但是HER1受P．cepacia处理还是不处理，OsMAPK的表达量都是相似的。显然P．cepacia、B．subtilis和HpaG_(xoo)在水稻的生长和抗病性上的互作是不同的，然而P．cepacia、B．subtilis和HpaG_(xoo)在抗病性方面的协作在农业生产上具有巨大的应用潜力，生防细菌、Ⅲ型效应因子和病原菌的互作原理值得深入研究。 ParAl和hpaG_(xoo)基因同时连接到表达载体pET30a(+)上，构建二元重组质粒pET30a(+)：：parAl：：hpaG_(xoo)，转化BL21(DE3)，生成工程菌株BL21：：parAl：：ApaG_(xoo)。Tris-Tricine缓l栂低车缬痉⑾郑辛教
本文编号：559978
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