交替氧化酶在番茄防御病毒侵染中的作用及信號(hào)調(diào)控機(jī)制.pdf

1、高等植物線粒體除具有偶聯(lián)ATP合成為細(xì)胞提供能量的細(xì)胞色素主路途徑外，還存在一條交替電子傳遞路徑，近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)這個(gè)低ATP合成“浪費(fèi)型”的電子傳遞路徑在提高植物非生物逆境抗性方面發(fā)揮了重要作用，然而對(duì)于其在防御生物脅迫中的作用及其作用機(jī)制尚不清楚。病毒因不含功能性細(xì)胞器、不編碼AOX蛋白從而給人們提供了植物交替電子傳遞路徑和生物脅迫防御關(guān)系研究的優(yōu)良模式病原菌。同時(shí)，植物病毒又是導(dǎo)致番茄等農(nóng)作物產(chǎn)量下降和品質(zhì)變劣的重要原因之一。因此，

2、研究作物在病毒侵染下的抗性響應(yīng)機(jī)制，探明植物—病毒互作關(guān)系從而找到提高蔬菜作物的抗病性方法無(wú)疑具有非常重要的科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義。本文以煙草花葉病毒(TMV)敏感型番茄(Solanum lycopersicum Mill.cv.Hezuo903)為材料，研究了交替電子傳遞路徑在番茄同病毒抗性形成間的關(guān)系及其作用路徑，探討了交替路徑在病毒逆境下的信號(hào)誘導(dǎo)調(diào)控機(jī)制。所得主要結(jié)果如下：
　　 1.研究了TMV侵染對(duì)番茄生長(zhǎng)量、呼吸電子傳遞路

3、徑和AOX基因表達(dá)的影響。TMV侵染植株后改變植株表觀形態(tài)，降低植株的生長(zhǎng)量，同時(shí)還引起總呼吸和交替呼吸速率的提高、細(xì)胞色素呼吸速率的下降。在基因水平上研究發(fā)現(xiàn)TMV誘導(dǎo)了AOX1基因家族的上調(diào)但不影響AOX2基因表達(dá)；在底物水平上，TMV處理通過(guò)影響還原態(tài)泛醌的含量和丙酮酸含量從而提高了交替呼吸活性。
　　 2.研究了AOX在番茄抗病反應(yīng)中的作用及其下游調(diào)控機(jī)理。外源KCN(AOX促進(jìn)劑)處理能顯著提高交替呼吸和AOX基因表達(dá)

4、，抑制TMV-CP基因在上部非接種葉中的累積，并顯著提高植株對(duì)TMV的抗性；但SHAM(AOX抑制劑)處理得到了相反的結(jié)果，表現(xiàn)為交替呼吸的下調(diào)和TMV抗性的降低。由此推測(cè)AOX在植物抗病反應(yīng)中起到了積極的作用。AOX誘導(dǎo)抗性與WRKY、MAPK轉(zhuǎn)錄因子以及PR-1、RDRP、PAL等抗病相關(guān)基因無(wú)關(guān)。對(duì)上部非接種葉氧化還原狀態(tài)研究發(fā)現(xiàn)預(yù)處理KCN能夠降低TMV誘導(dǎo)的抗氧化酶活性，緩解AsA含量的下降同時(shí)減少DHA在葉片中的積累。預(yù)處理

5、SHAM則進(jìn)一步增強(qiáng)了TMV誘導(dǎo)的抗氧化酶活性并進(jìn)一步降低了AsA含量。交替呼吸可以減少線粒體ROS產(chǎn)生，推測(cè)其在抗氧化脅迫中起到了首要的作用，并推測(cè)交替呼吸和抗氧化系統(tǒng)協(xié)同作用共同清除整體植株活性氧的含量，緩解植株氧化脅迫。
　　 3.研究了NO信號(hào)物質(zhì)在AOX介導(dǎo)的抗病防御反應(yīng)中的作用機(jī)制。通過(guò)共聚焦顯微片層掃描技術(shù)(CLSM)、分光光度法、葉綠素?zé)晒獬上?ImagingPAM)和熒光實(shí)時(shí)定量(qRT-PCR)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，NO

6、的供體DEA/NO預(yù)處理提高了番茄的抗病性而應(yīng)用NO的清除劑cPTIO預(yù)處理則降低了植株的抗性，因此推測(cè)NO在病原菌侵染時(shí)起到了積極的防御作用。TMV接種后NO的爆發(fā)早于交替呼吸，外源NO能夠誘導(dǎo)交替呼吸和AOX基因的上調(diào)，AOX正負(fù)效應(yīng)劑均對(duì)NO的產(chǎn)生無(wú)影響，綜合以上結(jié)果表明AOX和NO在番茄侵染煙草花葉病毒后均參與了植物對(duì)病毒的抗病防御反應(yīng)且二者形成了一條信號(hào)傳導(dǎo)路徑，NO位于此路徑的上游誘導(dǎo)AOX的活性，AOX位于路徑的下游，在親