蛋白激发子BcGs1激发番茄抗病性的免疫调控机制研究

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiaxianczy
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BcGs1是作者实验室从灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)代谢物中分离的细胞壁降解酶,能激发番茄和烟草一系列免疫防御反应,提高番茄和烟草的抗病性。为了进一步明确激发子BcGs1激发植物免疫的调控机制,本文对分离纯化得到的BcGs1进行体外糖苷酶活性检测,并进行了诱导番茄抗灰霉病最佳时间的生物学测定,通过蛋白瞬时表达和原核表达对BcGs1的不同功能域进行了激发子活性鉴定。采用蛋白质组学技术分析了BcGs1诱导番茄后显著性差异表达的蛋白,同时结合荧光定量PCR验证、ROS积累、酶活性检测以及组织细胞学观察,阐述了激发子BcGs1诱导番茄抗病性的机制。具体结果如下:1.分离纯化的激发子BcGs1诱导番茄后,能够引起细胞的快速坏死;显著提高番茄对灰葡萄孢菌的抗性。BcGs1渗入番茄,烟草,豌豆和黄瓜叶片组织12-24 h,能引起这些寄主细胞坏死,说明BcGs1能激发寄主细胞坏死。以最低诱导浓度0.25μM BcGs1处理番茄植株后72 h接种灰葡萄孢菌,侵染面积比对照减少了23.3%。2.BcGs1具有糖苷酶活性,能水解淀粉和海带多糖,但不能水解羟甲基纤维素和微晶纤维素。BcGs1含有GH15和CBM20两个结构域,分别对BcGs1、结构域GH15和CBM20在烟草叶片中进行了瞬时表达,结果表明,表达BcGs1全长的烟草叶片有强烈的坏死反应,表达GH15的烟草叶片枯斑面积明显小于表达全长蛋白BcGs1的枯斑面积,表达CBM20截短蛋白的叶片没有产生枯斑反应。用叶片浸润法检测原核表达的GH15截断蛋白诱导的坏死反应,结果截断蛋白GH15的细胞坏死活性也显著低于BcGs1全长蛋白的坏死活性,说明BcGs1的活性需要结构域GH15和CBM20共同发挥作用。3.利用蛋白质组学技术进一步分析了BcGs1诱导番茄抗病性的分子机制。分析获得了109个显著差异蛋白(ratio≥1.3或≤0.77且P<0.05),上调表达蛋白71个,下调表达蛋白38个,其中功能已知蛋白66个。根据蛋白组学中GO功能富集分析,我们对差异表达蛋白进行了细胞定位、生物学过程和分子功能归类分析。同时结合KEGG代谢通路富集分析发现多数差异表达蛋白的功能富集于次级代谢合成、苯丙素生物合成代谢、苯丙烷代谢、植物激素信号传导以及病原菌与植物互作等相关代谢途径。4.荧光定量PCR分析了BcGs1诱导番茄防御相关基因的转录表达模式。根据差异表达蛋白的分子功能与生物学过程分析,同时结合GO富集分析与KEGG富集分析,采用qPCR技术对PR蛋白,过氧化物酶,几丁质酶,葡聚糖苷酶,次级代谢产物相关蛋白,苯丙烷合成相关蛋白的编码基因进行了转录表达分析。结果表明,BcGs1诱导番茄后6 h-96 h,以上蛋白的编码基因转录水平均有不同程度的上调表达,最高倍数达到600-700倍。5.BcGs1诱导了番茄活性氧积累和苯丙烷代谢途径相关防御物质的积累。活性氧不仅是防御反应的早期信号,同时氧代谢也参与苯丙烷代谢途径,促进植物细胞壁的强化。PAL和POD酶在苯丙烷代谢途径中起到关键作用,而木质素是该代谢途径的终产物。本文对活性氧(H2O2)积累、苯丙氨酸解氨酶PAL和过氧化物酶POD的酶活性进行了检测,测定了木质素含量,使用电镜观察了细胞壁结构。结果表明,BcGs1诱导后H2O2快速积累,PAL与POD酶活性显著提高,木质素含量显著提高,细胞壁明显增厚,以此推断激发子BcGs1激发了番茄基础防御反应,通过苯丙烷代谢途径提高了番茄对灰霉病的抗性。
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