线粒体能量代谢和活性氧在粉霉病侵染及硅诱导甜瓜果实早期防御响应中的作用

发布时间：2020-06-09 05:10

【摘要】：粉红单端孢(Trichothecium roseum)引起的粉霉病是我国厚皮甜瓜的主要采后病害,硅酸钠是植物的无机诱抗剂。我们之前发现,果实防御T.roseum侵染以及硅诱导的果实抗性与能量代谢和活性氧密切相关,但详细机理不明。本文以采后“玉金香”厚皮甜瓜为试材,在分离纯化果实线粒体的基础上,研究T.roseum侵染和硅酸钠处理对果实能量代谢以及活性氧积累的影响,分析T.roseum侵染和硅酸钠处理后果实线粒体蛋白的表达差异。结果表明:1.通过两次Percoll密度梯度差速离心技术建立了厚皮甜瓜果实线粒体的分离纯化方法,获得的线粒体结构完整,活性良好。经多种蛋白提取方法比较,最终确定了酚抽提法为甜瓜线粒体蛋白的最优提取办法。2.T.roseum接种可诱导果实早期防御响应中H_2O_2的显著积累。通过活性氧荧光染色以及激光共聚焦扫描双染定位发现,接种诱导了果实氧爆,共定位结果证实,活性氧主要来源于线粒体。果实接种后线粒体中与能量代谢的关键酶,H~+-ATPase、Ca~(2+)-ATPase、琥珀酸脱氢酶和细胞色素氧化酶酶活均被显著调控。其中,接种后6小时H~+-ATPase、Ca~(2+)-ATPase、琥珀酸脱氢酶和细胞色素氧化酶活性均不同程度被抑制,而接种后12小时H~+-ATPase、Ca~(2+)-ATPase活性以及胞内ATP含量均显著增加。3.通过TMT技术分析接种T.roseum后12小时果实线粒体蛋白的表达情况,共获到1613个定性定量蛋白。生物信息学分析结果表明,42种蛋白差异表达,其中26个蛋白上调,16个蛋白下调,这些蛋白主要涉及能量代谢、胁迫响应和氧化还原平衡、糖酵解和三羧酸循环、转运和线粒体稳态等相关功能。4.采后100mM硅酸钠浸泡可以显著抑制损伤接种T.roseum果实的病斑扩展。硅处理激活了接种果实的防御抗性,处理组织O_2~(-.)产生速率和H_2O_2含量快速升高。激光共聚焦荧光染色共定位证实这些活性氧主要来源于线粒体。此外,硅处理显著提高了接种果实能量代谢关键酶,包括H~+-ATP酶、琥珀酸脱氢酶和细胞色素氧化酶的活性,诱导细胞内ATP的积累,并使之维持在较高水平。5.线粒体蛋白组学分析结果表明,硅处理诱导结合病原物接种后甜瓜果实的蛋白差异表达情况,共获得定性定量蛋白1694个。经过生物信息学分析,51种差异表达的蛋白质均定位于线粒体。蛋白功能主要涉及初级代谢,蛋白功能包括呼吸电子传递链,三羧酸循环,糖酵解途径,氧化还原过程,防御和胁迫响应,线粒体载体,蛋白和氨基酸代谢等。综上所述,厚皮甜瓜果实对T.roseum侵染具有积极的早期防卫响应能力,通过调控线粒体活性氧积累和能量代谢关键酶活性,提高并维持细胞内ATP水平,可更好地促进细胞建立防御反应和传导胁迫信号,抑制病原物的扩展。此外,硅酸钠作为一种安全有效的诱抗剂,可激发果实线粒体以更加充沛、快速和持久的方式调动能量和活性氧代谢参与对病原物侵染的防卫。
【图文】：

序列,模式识别受体,防卫反应,病原微生物

物质”并激发防卫反应，这种防卫反应的特征是具有对“非己物质的排斥和阻止病原侵染的能力；植物对病原微生物的识别所激发的抗病基因介导的特异性识别，以及细胞表面受体介导的广谱性识别杰等，2017）。Dodd and Rathjen（2010）在前人研究的基础上，提免疫系统的概念。第一类植物免疫系统，又称为基础免疫系统（图物相关分子模式激发免疫系统（PAMP-triggered immunity, PTI）。P感受病原微生物的病原相关模式分子，从而激发出的免疫反应。植胞质膜上的模式识别受体（pattern recognition receptors，PRR）感知物的病原相关模式分子，有诸如胞外空间病原菌释放的鞭毛蛋白（或几丁质（真菌）等。图中，蓝色标示的是植物细胞质膜上的 PRR，结构域中富含亮氨酸重复序列，红色部分标示的则是胞内激酶结PTI 的信号途径需要模式识别受体与相关蛋白质的相互作用，相关蛋甾醇敏感 1 型相关激酶 1（Brassinosteroid insensitive 1-associated ki1）。

底火,效应

图 1.2 底火效应的三个阶段描述图Fig. 1.2 The three states in priming (Balmer et al., 2015).底火效应可以通过多种因素受到诱导，如化合物激发子（β-氨基丁酸、SA、哌啶酸、JA 以及部分挥发性有机化合物）、病原菌、草食性昆虫或环境影响（Conrathet al., 2015）。植物防御也可以藉由有益土壤微生物，如根际细菌和根际真菌引发底火效应（Pieterse et al., 2014）。根据不同的底火刺激物和胁迫，底火机制可以引发不同的机制（Balmer et al., 2015）。然而，除了底火诱导和刺激引发的特征外，底火效应还具有一些关键特点。记忆性：当一个植物处于待击发状态，刺激底火现象的信息被存储，直到接触刺激物触发底火，这种效应为植物防御的记忆性（Kandel et al., 2014）。拟南芥中一些分子标记的发现有利于检测底火状态。他们包括模式识别受体水平升高（例如，FLS2 和 CERK1），丝裂原活化蛋白激酶 MPK3 和 MPK6 积累增加，，转录因子（WRKYs and MYC2）增强表达、组蛋白修饰、DNA 低甲基化（Conrath et al.,
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S436.5

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