拟南芥AtDHyPRP1蛋白在系统获得性抗性中的功能及其亚细胞定位特征

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拟南芥AtDHyPRPl (DOUBLE HYBRID PROLINE-RICHPROTEIN1, AT4G22470)基因没有内含子,开放阅读框全长1128bp。该基因编码的蛋白质包含375个氨基酸,大小为38.79kDa,在N末端存在一个由23个氨基酸组成的信号肽。利用TMHMM2.0Server对AtDHyPRP1蛋白的氨基酸序列进行分析,结果显示该蛋白没有跨膜结构域。通过NCBI提供的Protein-blast在线工具进行比对搜索,发现AtDHyPRP1具有两个保守的8CM结构域,与脂质转移蛋白/蛋白酶抑制剂/种子贮藏蛋白家族(lipid transfer protein/protease inhibitor/seed storage protein family)成员相似。由于AtDHyPRP1蛋白中还存在两段富含脯氨酸的氨基酸序列,因此它也被归类到HyPRP (hybrid pro line-rich protein)家族中。本工作利用以拟南芥Ws生态型为背景的AtDHyPRPl过表达株系(OE)、 AtDHyPRP1RNA干扰株系(RNAi). AtDHyPRP1-GFP转基因株系和AtDHyPRP1烟草转基因株系研究了AtDHyPRP1对微生物病原体的抗性功能及其亚细胞定位特征。激光共聚焦显微观察表明,AtDHyPRPl-GFP融合蛋白定位在细胞表面,并且主要分布于维管组织的韧皮部和木质部中。同时发现,丁香假单胞菌侵染能够影响转基因拟南芥植株中AtDHyPRP1-GFP融合蛋白的稳定性,在根中发生了无规则的聚集,在叶片下表皮细胞中发生了降解。从野生型拟南芥植株的根、茎和叶片中提取mRNA进行定量PCR分析(quantitative RT-PCR, RT-qPCR),结果显示AtDHyPRPl在不同组织中的表达水平存在显著差异,在叶片中最高,在茎中最低。用植物激素处理野生型拟南芥植株,发现水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(MeJA)能够诱导AtDHyPRP1基因,且SA诱导以后AtDHyPRP1基因表达量的增加幅度明显高于MeJA诱导。另外,有毒丁香假单胞菌Pst DC3000和无毒丁香假单胞菌Pst avrRPMl都能够促进AtDHyPRPl的表达,但Pst DC3000的诱导效果比Pst avrRPM1要高。在内源性SA合成不受影响的npr1-1突变体中,AtDHyPRP1的表达水平明显低于野生型个体,说明AtDHyPRP1位于SA信号通路中NPR1调节蛋白的下游。在检测系统获得性抗性时,首先用无毒丁香假单胞菌接种局部叶片,几天后再用有毒丁香假单胞菌接种系统叶片,结果显示RNAi株系的系统获得性抗性明显减弱,对细菌病原体的敏感性最强。相反,OE株系能够产生更强的系统获得性抗性。对系统抗性中的主要基因进行RT-qPCR分析,发现RNAi株系中AtPR1和AtGST6基因的表达水平低于野生型植株,而OE株系中它们的表达水平高于野生型植株。这些结果说明AtDHyPRP1基因参与了拟南芥对病原体的防御反应。本工作还通过接种赤霉菌孢子检测了AtDHyPRP1基因对真菌病原体的抗性,发现拟南芥RNAi株系对赤霉菌侵染的敏感性最强,而OE株系表现出一定程度的抗性。在烟草AtDHyPRP1转基因株系中,系统抗性主要基因的表达量高于野生型个体,赤霉菌侵染后叶片上形成的侵染斑变小,症状明显减轻。
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