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水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)和乙烯(ET)被认为是传统的植物防卫激素,在调控植物对病原菌等生物性胁迫的抗性中发挥重要作用。它们通过诱导植物产生病程相关蛋白或植物防卫素等方式使植物产生系统获得性抗性和系统诱导性抗性并以网络状的信号传导形式共同抵御生物性胁迫。此外,脱落酸(ABA)和G蛋白也可以通过影响JA、ET和胼胝质的形成来抵抗病原菌的侵入。本论文以拟南芥JA、ET、SA和ABA生物合成和信号转导突变体以及G蛋白突变体为材料,研究了植物激素和G蛋白在拟南芥对再誉镰刀菌抗性中的作用及其机制。
1.建立了再誉镰刀菌侵染拟南芥的体系,发现再誉镰刀菌可侵染拟南芥Col-0生态型,症状首先从叶缘开始发生,逐渐形成褐色病斑,菌丝可以侵染开花期的顶端组织造成顶端组织坏死,进一步导致植株的黄化和萎蔫甚至死亡。
2.以SA信号转导突变体npr1和转基因植株NahG为材料结合外源SA处理研究了SA及其信号转导组分在拟南芥对再誉镰刀菌抗性中的作用,研究发现npr1和NahG对再誉镰刀菌的抗性降低,而外源SA处理后植株抗性增强,这表明SA及其信号转导组分在拟南芥对再誉镰刀菌抗性中起正向调节作用。npr1和NahG抗性的降低可能与病程相关基因表达受到抑制有关。
3.以JA信号转导突变体jar1和coi1为材料结合外源茉莉酸甲酯(MeJA)处理研究了JA及其信号转导组分在拟南芥对再誉镰刀菌抗性中的作用,研究发现jar1抗性降低,而coi1抗病性则显著增强。jar1抗性降低可能与JA与异亮氨酸衍生物合成受阻,导致JA诱导的应答反应被抑制有关。而coi1抗性的增强则有可能与其激活SA和ET途径有关,也有可能与COI1突变后再誉镰刀菌分泌的效应物挟持这一受体而侵染拟南芥的机制受阻断有关。
4.以ET信号转导突变体ein3为材料结合外源乙烯利和AgNO3处理研究了ET及其信号转导组分在拟南芥对再誉镰刀菌抗性中的作用,研究发现发现EIN3信号阻断和野生型植株外源AgNO3处理后其抗性降低,而外源乙烯利处理后植株抗性增强,这表明ET及其信号转导组分EIN3正向地参与拟南芥防御再誉镰刀菌的反应。基因表达分析表明ein3对再誉镰刀菌抗性的降低可能与其在发病的早期阶段PDF1.2诱导能力的减弱有关。
5.以ABA信号转导突变体abi5-1为材料结合外源ABA处理研究了ABA及其信号转导组分在拟南芥对再誉镰刀菌抗性中的作用,研究发现abi5-1对再誉镰刀菌的抗性降低,而外源ABA处理后植株抗性增强,这表明ABA正向地参与调控拟南芥对再誉镰刀菌的防卫反应。基因表达分析表明abi5-1对再誉镰刀菌抗性的降低也可能与JA、ET和SA等防卫途径途径相关,JA、ET和SA等途径有可能在再誉镰刀菌侵染早期被抑制从而导致抗性降低。
6.以G蛋白β亚基缺失突变体agb1-2为材料研究了对G蛋白信号途径在拟南芥对再誉镰刀菌抗性中的作用。结果表明agb1-2对再誉镰刀菌抗性增强,这可能与其能更快速地诱导JA和ET信号途径有关。