糖代谢昼夜变化对番茄灰霉病抗性的影响及其机理

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旨在明确糖代谢对番茄灰霉菌抗性的影响及其可能的机理,为抗灰霉病番茄新品种的选育提供理论依据。本试验以糖代谢特征不同的早上取样叶片(早8点取样)和晚上取样叶片(晚6点取样)分别离体接种灰霉菌孢子悬浮液的方法,观察病斑的大小,同时对接种后不同时期(0、36h和60h)番茄叶片中淀粉和可溶性糖含量、转化酶活性、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)含量、细胞死亡和过氧化氢积累、番茄和病菌的转化酶和糖分转运蛋白、番茄的抗病相关基因表达的测定与分析。主要结果如下:(1)晚上取样叶片在接种早期(36h)相比早上取样叶片抗性更强,表现为较小的病斑和较低的灰霉菌生长量。但接种后期,早、晚取样叶片的病斑大小和灰霉菌生长量没有显著差异。(2)细胞死亡的减少增强番茄对灰霉菌的抗性。接种后,和早上取样叶片相比,晚上取样叶片的细胞壁转化酶(Cell wall invertase,CWIN)活性和过氧化氢酶基因Sl CAT2的表达水平较高,导致H2O2信号较少;细胞程序性死亡(programmed cell death,PCD)相关基因(Sl SPL、Sl SBT3和Sl CYP1)的表达水平较低。降低了晚上取样叶片的细胞死亡,从而增强了晚上取样叶片对死体营养型病菌灰霉菌的抗性。(3)一方面蔗糖分解可以为植物防卫反应提供能量,另一方面蔗糖分解产生的己糖可以作为糖信号调节抗病相关基因的表达,增强植物对病菌的抗性。我们的测定结果表明,在整个接种时期内(0-60h),和早上取样叶片相比,晚上取样叶片具有相对较高的淀粉和己糖(葡萄糖和果糖)含量;与此相反,在接种后0h早上取样叶片内蔗糖含量却表现为显著高于晚上取样叶片,这表明灰霉菌可能属于低糖病原菌。此外,晚上取样叶片的LIN8表达水平上调导致CWIN活性上升,CWIN活性上升即可以将更多的蔗糖分解为己糖,还可以提高抗病激素JA的含量,增强晚上取样叶片对灰霉菌的抗性。(4)抗病激素JA和乙烯(Ethylene,ET)信号途径的活性升高增强植物的抗性。在接种后36h,晚上取样叶片的JA含量显著高于早上取样叶片,此外,乙烯信号传导相关基因Sl Pti4的表达水平在晚上取样叶片中也极显著高于早上取样叶片;抗病相关基因(Sl PR1a2、Sl PR2、Sl PR5、Sl MYC2和Sl WRKY72b)的表达水平也显著高于早上取样叶片。同时,作为PR基因表达的负调控因子,Sl NPR1的表达水平在晚上取样叶片中显著低于早上取样叶片。从而增强晚上取样叶片对灰霉菌的抗性。(5)糖分转运蛋白对植物抗病的影响。和早上取样叶片相比,晚上取样叶片在接种后具有相对较高的SWEET表达水平以及相对较低的STP表达水平,这可能会导致晚上取样叶片细胞外的糖分浓度增加,从而有利于病菌的发病。但在接种后60h,早上取样叶片的Bc HXT1、Bc HXT6和Bc HXT13表达量显著高于晚上取样叶片,导致其不能有效利用晚上取样叶片中的糖分,从而表现为灰霉菌的致病性下降和番茄抗病性的升高。
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