水稻磷脂酶C和二酰甘油激酶在抗稻瘟病中的作用

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磷脂酶C (Phospholipase C, PLC)和二酰甘油激酶(Diacylglycerol kinase, DGK)是脂信号途径中的两个重要酶。PLC能够水解磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate, PIP2)产生肌醇1,4,5-三磷酸(Inositol1,4,5,-trisphosphate, IP3)和二酰甘油(Diacylglycerol, DAG)。DAG能够被DGK磷酸化为磷脂酸(Phosphatidic acid, PA)。IP3、DAG和PA都是第二信使,在植物抗病信号中具有重要作用。目前对PLC/DGK在水稻抗病信号中的研究是相对欠缺的。在方法上多使用激发子处理悬浮细胞观察早期反应或用病原菌侵染突变体植株研究后期表型,仍然缺少对发病过程的研究。另一方面,稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae, M.Oryzae)作为研究植物-病原真菌互作的模式生物,其致病机理被越来越多的阐述。这为我们研究脂信号在抗病中的作用提供了便利。本文中我们比较了稻瘟病菌在水稻DGK、PLC突变体和野生型中病害程度的差异。研究发现:水稻幼苗接种稻瘟病菌后,dgkl、plc2、plc3比野生型更加感病,发病速度比野生型更快。因此,OsDGK1、OsPLC2、OsPLC3可能在水稻抗稻瘟病信号中起正调控作用。为了探究这些基因在抗稻瘟病中的作用和机理,我们用带有黄色荧光蛋白(yellow fluorescent protein, YFP)基因的pBV13质粒转化稻瘟病菌,获得了高量子效率的荧光转化子。用该转化子研究菌丝在dgkl、plc2、plc3和野生型水稻之间生长的差异。发现缺失这些基因的突变体中,入侵菌丝扩展的速度明显加快。用不同浓度的DGK和PLC抑制剂分别处理野生型能产生与其突变体类似的效果。菌丝通过胞间连丝进入临近细胞时,能被胼胝质阻挡,在野生型中胼胝质产生多,能限制菌丝的扩展;突变体植株中,胼胝质的积累少,菌丝更容易进入临近细胞。野生型中侵染点附近出现过敏反应(hypersensitive responsive, HR),突变体中较少出现。附着胞周围有活性氧(reactive oxygen species, ROS)出现,野生型中出现的时间可能比突变体中早。ROS爆发是植物抗病的重要机制,具有响应速度快的特点。我们用激发子处理原生质体来探讨突变OsDGK1、OsPLC2、OsPLC3对ROS产生和爆发的影响。研究发现:与突变体相比野生型出现了明显的ROS爆发。加入.PA能够恢复ROS在突变体中的爆发。所以突变OsDGK1、OsPLC2、OsPLC3导致的ROS爆发的抑制可能是导致突变体感病的原因。突变体中加入H2O后,菌丝蔓延明显受到抑制,并且荧光减弱,还诱导了HR反应。这说明由PLC-DGK信号通路产生PA诱导的ROS在抗稻瘟病信号转导中起正调控作用。我们还研究了侵染后OsDGKl、OsPLC2和OsPLC3表达量随时间的变化,发现OsDGKl上调幅度大且响应迅速,OsPLC2和OsPLC3上调幅度小响应较慢。最后,我们探讨了侵染后多种抗病基因表达量变化。提出了PLC-DGK信号通路可能的工作模式和水稻的抗病机制。
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