拟南芥响应昆虫取食的早期信号研究
发布时间：2020-09-11 21:40
植物遭受植食性昆虫取食或机械损伤后,茉莉酸和茉莉酸与生长素的交互作用对于植物诱导抗性的产生及调控自身生长发育具有非常重要的作用。跨膜离子流的变化及其引起的质膜电位的变化是防御反应启动的关键,但茉莉酸诱导的植物初始防御信号及其对植物生长的调控机理还不完全清楚。因此,本研究以拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh)为材料,采用非损伤微测技术、激光共聚焦技术、HPLC-MS及分子生物学等技术手段,研究拟南芥遭受昆虫取食后茉莉酸介导的初始信号以及昆虫取食后拟南芥生长减缓的机理。主要研究结果如下：(1)小菜蛾(Plutella xyllostella L.)取食诱导拟南芥植株体内茉莉酸和生长素含量的显著升高,而脱落酸和水杨酸的含量则无显著变化。说明茉莉酸和生长素参与调节了拟南芥响应小菜蛾取食的防御反应。(2)小菜蛾取食或茉莉酸处理拟南芥后,植株的防御反应增强。用野生型和茉莉酸受体突变体coi1-1植株饲喂小菜蛾,取食coi1-1植株的小菜蛾体长、体重均显著高于取食野生型的小菜蛾。MeJA诱导了野生型拟南芥气孔关闭,而G蛋白α亚基缺失突变体gpa1-1、gpal-2、JA受体突变体植株coi1-1及质膜H+-ATP酶AHA1突变体植株的保卫细胞对MeJA不敏感。小菜蛾取食和MeJA处理均降低了植株根系生长速率,这也表明植物防御反应的增强会影响植物的生长。(3)对野生型(WS)及G蛋白α亚基突变体gpa1-1、gpa1-2植株的跨膜离子流及相关离子转运体基因的检测发现,MeJA处理野生型拟南芥保卫细胞诱导了跨膜H+外排、Ca2+内流、H2O2积累及K+外排。质膜Ca2+-ATP酶基因ACA8和内向心通道基因KAT1的表达量显著降低,而阴离子通道基因SLAC1、SLAH3和外向心通道基因GORK的表达量显著升高。在G蛋白抑制剂GDP-β-S预处理或者G蛋白α亚基突变体保卫细胞中,MeJA诱导的跨膜H+外排、Ca2+内流和心外排被显著抑制,H2O2的积累也显著降低,且离子通道或者离子转运体基因CAX1、ACA8、KAT1、SLAH3、GORK的表达量也显著低于野生型,说明异源三聚体G蛋白参与调控了MeJA诱导的跨膜离子流及气孔运动。COI1突变减弱了MeJA诱导的H+外排、Ca2+离子内流和K+离子外排,说明MeJA诱导的跨膜离子转运受COIl调控。AHAl突变或者被抑制时,MeJA诱导的H+、Ca2+和K+流均被减弱,说明质膜H+-ATP酶介导了茉莉酸诱导的跨膜H+外排,且质膜H+-ATPase的启动发生在Ca2+离子通道和K+离子通道之前。(4)菜青虫(Pieris rapae L.)口腔分泌物处理诱导野生型拟南芥叶肉细胞跨膜H+、Ca2+、K+流剧烈外排。而质膜H+-ATPase突变后,菜青虫口腔分泌物诱导的Ⅳ外排被显著抑制,GLR突变体glr3.3,3.6叶肉细胞的H+流与野生型无显著差异,说明质膜H+-ATP酶作用在GLR编码的Ca2+通道之前。菜青虫口腔分泌物处理野生型拟南芥叶肉细胞也刺激了谷氨酸的大量释放,说明拟南芥遭受昆虫取食时调动了植物体内谷氨酸的重新分配。(5)小菜蛾取食或MeJA处理状态下,拟南芥倾向于较慢的生长速率。对野生型及IAA转运相关突变体幼苗根尖的IAA流和H+流检测结果表明,MeJA处理显著降低了野生型拟南芥幼苗根尖分生区和过渡区的IAA外排,而促进了该区域的H+跨膜外运。coi1-1根尖的IAA流和H+流不受MeJA影响。进一步对根部IAA合成及转运体基因表达量的检测表明,MeJA处理拟南芥幼苗显著上调了根部的IAA合成基因表达量,而降低了IAA转运体相关基因表达量。小菜蛾取食拟南芥叶后,根部的IAA流和H+流变化与MeJA处理相似,说明作为长距离信号分子,昆虫取食诱导合成的JA通过降低根部IAA的极性运输而降低拟南芥根系生长速率。本研究揭示了植物遭受昆虫取食后茉莉酸介导的原初信号网络及其对植物生长的调控机理,具有重要的生物学意义和潜在的应用价值。
【学位单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：Q945
【部分图文】：
信号和邋ＲＯＳ邋信号网络的时空性（Ｌｅｖｉｎｅ邋ｅｔ邋ａｌ，邋１９９６；邋Ｆｏｒｅｍａｎ邋ｅｔ邋ａｌ，邋２００３），逡逑总之，近年来对昆虫取食诱导的早期信号研宄己经有巨大的进步，植物利用逡逑复杂的信号网络系统响应昆虫取食、病原菌侵染等外界胁迫，如图１－２，植物遭逡逑受昆虫取食后，一些昆虫口腔激发子（这里以ＦＡＣ为例）与质膜上假定的受体逡逑结合并做出进一步响应。通过一些未知的机制，Ｃａ２＋内流进入细胞质，这也导致逡逑了细胞膜去极化。细胞质内Ｃａ２＋离子的升高（可能与ＣＤＰＫ邋—起）增强了质膜逡逑ＮＡＤＰＨ氧化酶活性及ＲＯＳ产生。ＭＡＰＫ邋（至少ＳＩＰＫ和ＷＩＰＫ）被快速激活，逡逑他们进而转录调节了多个参与ＪＡ和乙炼合成的基因，ＮＡＤＰＨ氧化酶或者逡逑ＷＲＫＹ转录因子。ＳＩＰＫ也参与诱导了邋ＮＯ的产生。ＲＯＳ和ＮＯ修改了一些蛋白逡逑的氨基酸并诱导了一些防御基因的转录变化。一个有待研宄的途径触发了邋ＪＡ的逡逑合成。ＪＡ进而被转换成ＪＡ－Ｉｌｅ，并与ＳＣＦ？ｕ结合，导致了邋ＪＡＺ蛋白通过２６Ｓ逡逑蛋白酶体降解并释放转录因子诱导防御基因的表达。没有磷酸化作用时，ＡＣＳ逡逑通过２６Ｓ蛋白媒体途径降解，而ＳＩＰＫ诱导a愃峄院
本文编号：2817209
【学位单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：Q945
【部分图文】：
信号和邋ＲＯＳ邋信号网络的时空性（Ｌｅｖｉｎｅ邋ｅｔ邋ａｌ，邋１９９６；邋Ｆｏｒｅｍａｎ邋ｅｔ邋ａｌ，邋２００３），逡逑总之，近年来对昆虫取食诱导的早期信号研宄己经有巨大的进步，植物利用逡逑复杂的信号网络系统响应昆虫取食、病原菌侵染等外界胁迫，如图１－２，植物遭逡逑受昆虫取食后，一些昆虫口腔激发子（这里以ＦＡＣ为例）与质膜上假定的受体逡逑结合并做出进一步响应。通过一些未知的机制，Ｃａ２＋内流进入细胞质，这也导致逡逑了细胞膜去极化。细胞质内Ｃａ２＋离子的升高（可能与ＣＤＰＫ邋—起）增强了质膜逡逑ＮＡＤＰＨ氧化酶活性及ＲＯＳ产生。ＭＡＰＫ邋（至少ＳＩＰＫ和ＷＩＰＫ）被快速激活，逡逑他们进而转录调节了多个参与ＪＡ和乙炼合成的基因，ＮＡＤＰＨ氧化酶或者逡逑ＷＲＫＹ转录因子。ＳＩＰＫ也参与诱导了邋ＮＯ的产生。ＲＯＳ和ＮＯ修改了一些蛋白逡逑的氨基酸并诱导了一些防御基因的转录变化。一个有待研宄的途径触发了邋ＪＡ的逡逑合成。ＪＡ进而被转换成ＪＡ－Ｉｌｅ，并与ＳＣＦ？ｕ结合，导致了邋ＪＡＺ蛋白通过２６Ｓ逡逑蛋白酶体降解并释放转录因子诱导防御基因的表达。没有磷酸化作用时，ＡＣＳ逡逑通过２６Ｓ蛋白媒体途径降解，而ＳＩＰＫ诱导a愃峄院
本文编号：2817209
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