水稻细胞外膜水通道蛋白质基因对白叶枯病菌侵染的影响,植物细胞外膜嵌入蛋白质(plasma membrane intrinsic proteins,PIPs)属于水通道蛋白质的一个家族,调控细胞内外水、H2O2等水分子化合物运输,对植物病原物的侵染也有影响。通过影响病原物的侵染,PIPs可参与植物抗病免疫反应。水稻PIP蛋白质家族包括11个成员,即OsPIP1;1至OsPIP1;3以及OsPIP2;1至OsPIP2;8。为了解水稻对白叶枯病抗性的有关机理,本文研究了水稻的11种OsPIPs基因表达与白叶枯病菌侵染的关系,并初步探讨了其中的激素信号的作用。1.水稻PIPs基因表达与白叶枯病菌侵染的关系选择对白叶枯病感病的水稻品种日本晴(Nipponbare)和比较抗病的水稻品种IRBB13进行试验,结果表明,通过PXO99A注射接种后提取RNA经过反转录,进行荧光定量分析,在日本晴中OsPIP2;2、OsPIP2,.5、OsPIP2;7和OsPIP2;8的表达水平明显降低24%-27%;相反,OsPIP2;3的表达水平明显提高28%;其余基因的表达不受影响。在IRBB13上,OsPIP2;7表达水平提高20%;相反,OsPIP2,;2表达水平下降26%;其余基因表达量不受影响。因此,OsPIP2;2、OsPIP2;5、OsPIP2;7和OsPIP2;8与水稻对白叶枯病的感病性密切相关,而OsPIP2;3与抗病性有一定关系。2.乙烯信号对PIPs基因表达和白叶枯病菌侵染的影响分析乙烯信号对水稻OsPIPs基因表达与白叶枯病菌侵染的影响,结果表明,与不处理的对照相比,乙烯前体ACC对水稻进行预处理,导致日本晴OsPIP2;1、OsPIP2;4、OsPIP2;7表达量降低,同时导致OsPIP2;7在IRBB13上的表达水平降低。当使用ACC与乙烯合成抑制剂1-MCP同时处理水稻时,能够减轻乙烯信号对OsPIP2;1、OsPIP2;4、OsPIP2;7在日本晴中的抑制作用,使得三个基因在日本晴中表达水平上升了,能够减轻乙烯信号对OsPIP2;7在IRBB13上的抑制作用,使得OsPIP2;7基因的表达水平提高,乙烯信号传导抑制剂AgN03与1-MCP的效果类似。白叶枯病症状与病菌在水稻叶片内的繁殖量测定表明,ACC处理无论对日本晴还是IRBB13,都能增加病斑长度,对病菌在叶片内的繁殖量也有类似影响。相反,在ACC与1-MCP或AgNO3混合处理的病菌在叶片内的繁殖量明显降低,病斑长度明显降低。因此,乙烯信号可能影响和OsPIP2;1和OsPIP2;7的表达水平,从而影响病菌在水稻叶片组织内的繁殖,导致白叶枯病菌病斑长度,从而加重白叶枯病症状。3.水杨酸信号对PIPs基因表达和白叶枯病菌侵染的影响研究了水杨酸信号对水稻OsPIPs基因的表达与白叶枯病菌侵染的影响,结果表明,与对照相比,水杨酸处理明显提高日本晴OsPIP1;1、OsPIP1;2、OspIP2;1、OsPIP2;2、OsPIP2;3、OsPIP2;4、OsPIP2;5、OsPIP2;7、OsPIP2;8 的表达水平。同时,水杨酸处理明显降低 OsPIP1;1、OsPIPI;2、OsPIP2;2、OsPIP2;3、OsPIP2;4、OsPIP2;5、OsPIP2,7、OsPIP2;8在IRBB13上的表达量。可见,除了 QsPIP1;3和OsPIP2;6,之外的9种OsPIPs基因都受水杨酸信号抑制。水杨酸处理可以减轻日本晴与IRBB13白叶枯病症状,病菌在叶片组织内的繁殖量也相应下降。据此推测,水杨酸信号通过诱导多种OsPIPs的表达,抑制白叶枯病菌侵染,提高水稻抗病性。4.茉莉酸信号对PIPs基因表达和白叶枯病菌侵染的影响研究了茉莉酸信号对水稻OsPIPs基因表达与白叶枯病菌侵染的影响,结果表明,与对照相比,茉莉酸甲酯处理可以对日本晴除了 sPIP2;6以外的10个基因OsPIPs都有抑制作用,其中OsPIP1;1、OsPIP1;2、OsPIP2;1、OsPIP2;4和OsPIP2;7在日本晴中的表达量下降比较明显,而茉莉酸甲酯与NDGA共同处理,可以减轻NDGA对OsPIP1;1、OsPIP1;2、OsPIP2;1、OsPIP2,4、和OsPIP2;7表达的抑制作用,使得表达量上升。在IRBB13上,ACC处理后,OsPIPs基因的抑制作用不明显。NDGA处理明显减轻日本晴和IRBB13的白叶枯症状,降低病菌在叶片组织中的含量。这些结果说明,茉莉酸信号通过影响日本晴多种OsPIPs的表达,而影响白叶枯病菌侵染与水稻抗病性。根据上述研究结果,多种OsPIPs基因表达受病菌侵染诱导,植物激素乙烯、水杨酸、茉莉酸信号对多种OsPIPs基因表达发生影响,从而白叶枯病菌侵染与水稻抗病性。在11种OsPIPs中,OsPIP2;7在感病与较抗病的水稻品种上的表达受白叶枯病菌侵染影响,同时受三种激素信号调节,在水稻对白叶枯病的抗病防卫反应种可能发挥重要作用。