植物对病原微生物的“化学防御”:植保素的生物合成及其分子调控机制
发布时间:2021-06-07 21:27
植物可以合成大量的次生代谢物来调控自身对环境的适应性。其中,有一大部分直接参与了植物对病原微生物的防御反应,包括植物在感病前就已经生成和积累的植物毒素,以及感病后才从头合成的抗病小分子次生代谢物—植保素。植保素在植物抵御病原菌,特别是腐生性病原菌的过程中起着非常重要的作用。自从80年前植保素的概念被提出后,大量的植保素从各种植物中被分离和鉴定出来,但它们之中大部分的生物合成和调控机制目前尚不清楚。本文综述了近几年来拟南芥和烟草中植保素的研究进展,特别是它们的生物合成及分子调控机制,并对植保素研究领域存在的问题和今后的研究方向进行了讨论和展望。
【文章来源】:应用生态学报. 2020,31(07)北大核心CSCD
【文章页数】:7 页
【部分图文】:
拟南芥中亚麻荠素的生物合成途径
早在1972年,Stoessl等[37]就已经发现病原菌可以在辣椒(Capsicum frutescens)中高水平诱导椒二醇的合成,并且分离纯化出的椒二醇在一定浓度下可以直接抑制灰霉菌等多种病原真菌孢子的萌发、菌丝伸长。后来,该化合物也在多个烟草属的植物中被当作植保素发现[38-40]。在本式烟(Nicotiana bethamina)中,植物会激活椒二醇依赖的非寄主性抗性,来抵御马铃薯疫霉(Phytophthora infestans)的入侵[41]。椒二醇也是渐狭叶烟草抵御链格孢菌的一种重要植保素。对转录组数据的分析表明,当渐狭叶烟草的叶片被链格孢菌感染时会激活很多萜类代谢酶基因的表达,特别是合成椒二醇的5-epi-马兜铃烯合酶(5-epi-aristolochene synthase, EAS)和5-epi-马兜铃烯二羟化酶(5-epi-aristolochene dihydroxylase, EAH)基因[29]。相应的,叶片中椒二醇的含量也随着真菌的感染开始大量的积累。在接种对照叶片中一般检测不出椒二醇的合成,但是在感病1天后的叶片中上升到(4.45±0.72) μg·g-1 FW,感病3天叶片中的椒二醇含量可以高达(50.68±3.10) μg·g-1 FW[29]。
东莨菪素(scopoletin)是一种香豆素类化合物,它在植物体内由苯丙素(phenylpropanoid)途径合成(图2)。在受到缺铁胁迫时,拟南芥的根会分泌出在紫外下呈现蓝色荧光的化合物,其中主要成分是东莨菪素和其糖基化的产物东莨菪苷(scopolin)。正是利用了这两个化合物在紫外下发蓝色荧光的这个特点,Kai等[24]通过突变体筛选,获得了合成东莨菪素和东莨菪苷的关键酶基因caffeoyl CoA O-methy-ltransferase 1 (CCoAOMT1)和feruloyl-CoA 6’-hydro-xylase 1 (F6’H1)。有意思的是,在烟草属的植物叶片中,东莨菪素和东莨菪苷作为重要的植保素被病原菌诱导合成。与野生烟草中的长花烟草(Nicotiana Longiflora)和香甜烟草(N. suaveolens),以及栽培烟草的两个品种N. tabacum Samsun和N. tabacum cv. Xanthi相比,野生的林烟草(N. sylvestris)和栽培烟草中的N. tabacum cv. Petit Havana对灰霉菌(Botrytis cinerea)具有较强的抗性,而且这种抗性和它们能在接种后诱导的东莨菪素水平有关[25]。栽培烟草Nicotiana tabacum cv. Samsun NN在受到烟草花叶病毒侵染后,会在叶片感染区域产生约45 μg·g-1(鲜重)的东莨菪苷及6 μg·g-1(鲜重)的东莨菪素;当通过转基因手段使东莨菪素和东莨菪苷的合成量降低时,会使植物抗病毒的能力下降[26]。
【参考文献】:
期刊论文
[1]蛇床子素对植物病原真菌抑制机制的初步研究[J]. 石志琦,沈寿国,徐朗莱,范永坚. 农药学学报. 2004(04)
[2]丁公藤类药材及其混用品中总东莨菪内酯的含量测定[J]. 张紫佳,张勉,朱恩圆,吴立宏,王峥涛,余国奠. 中国药学杂志. 2004(12)
[3]HPLC测定4种丁公藤类生药中东莨菪素及东莨菪苷的含量[J]. 宋蔚,刘锁兰,李秀青,杨隽,王韵天. 中国中药杂志. 2004(02)
博士论文
[1]蛇床子素作为杀菌剂的活性研究[D]. 石志琦.南京农业大学 2008
本文编号:3217339
【文章来源】:应用生态学报. 2020,31(07)北大核心CSCD
【文章页数】:7 页
【部分图文】:
拟南芥中亚麻荠素的生物合成途径
早在1972年,Stoessl等[37]就已经发现病原菌可以在辣椒(Capsicum frutescens)中高水平诱导椒二醇的合成,并且分离纯化出的椒二醇在一定浓度下可以直接抑制灰霉菌等多种病原真菌孢子的萌发、菌丝伸长。后来,该化合物也在多个烟草属的植物中被当作植保素发现[38-40]。在本式烟(Nicotiana bethamina)中,植物会激活椒二醇依赖的非寄主性抗性,来抵御马铃薯疫霉(Phytophthora infestans)的入侵[41]。椒二醇也是渐狭叶烟草抵御链格孢菌的一种重要植保素。对转录组数据的分析表明,当渐狭叶烟草的叶片被链格孢菌感染时会激活很多萜类代谢酶基因的表达,特别是合成椒二醇的5-epi-马兜铃烯合酶(5-epi-aristolochene synthase, EAS)和5-epi-马兜铃烯二羟化酶(5-epi-aristolochene dihydroxylase, EAH)基因[29]。相应的,叶片中椒二醇的含量也随着真菌的感染开始大量的积累。在接种对照叶片中一般检测不出椒二醇的合成,但是在感病1天后的叶片中上升到(4.45±0.72) μg·g-1 FW,感病3天叶片中的椒二醇含量可以高达(50.68±3.10) μg·g-1 FW[29]。
东莨菪素(scopoletin)是一种香豆素类化合物,它在植物体内由苯丙素(phenylpropanoid)途径合成(图2)。在受到缺铁胁迫时,拟南芥的根会分泌出在紫外下呈现蓝色荧光的化合物,其中主要成分是东莨菪素和其糖基化的产物东莨菪苷(scopolin)。正是利用了这两个化合物在紫外下发蓝色荧光的这个特点,Kai等[24]通过突变体筛选,获得了合成东莨菪素和东莨菪苷的关键酶基因caffeoyl CoA O-methy-ltransferase 1 (CCoAOMT1)和feruloyl-CoA 6’-hydro-xylase 1 (F6’H1)。有意思的是,在烟草属的植物叶片中,东莨菪素和东莨菪苷作为重要的植保素被病原菌诱导合成。与野生烟草中的长花烟草(Nicotiana Longiflora)和香甜烟草(N. suaveolens),以及栽培烟草的两个品种N. tabacum Samsun和N. tabacum cv. Xanthi相比,野生的林烟草(N. sylvestris)和栽培烟草中的N. tabacum cv. Petit Havana对灰霉菌(Botrytis cinerea)具有较强的抗性,而且这种抗性和它们能在接种后诱导的东莨菪素水平有关[25]。栽培烟草Nicotiana tabacum cv. Samsun NN在受到烟草花叶病毒侵染后,会在叶片感染区域产生约45 μg·g-1(鲜重)的东莨菪苷及6 μg·g-1(鲜重)的东莨菪素;当通过转基因手段使东莨菪素和东莨菪苷的合成量降低时,会使植物抗病毒的能力下降[26]。
【参考文献】:
期刊论文
[1]蛇床子素对植物病原真菌抑制机制的初步研究[J]. 石志琦,沈寿国,徐朗莱,范永坚. 农药学学报. 2004(04)
[2]丁公藤类药材及其混用品中总东莨菪内酯的含量测定[J]. 张紫佳,张勉,朱恩圆,吴立宏,王峥涛,余国奠. 中国药学杂志. 2004(12)
[3]HPLC测定4种丁公藤类生药中东莨菪素及东莨菪苷的含量[J]. 宋蔚,刘锁兰,李秀青,杨隽,王韵天. 中国中药杂志. 2004(02)
博士论文
[1]蛇床子素作为杀菌剂的活性研究[D]. 石志琦.南京农业大学 2008
本文编号:3217339
本文链接:https://www.wllwen.com/nykjlw/dzwbhlw/3217339.html
最近更新
教材专著