交替氧化酶在番茄防御病毒侵染中的作用及信號調控機制.pdf

1、高等植物線粒體除具有偶聯ATP合成為細胞提供能量的細胞色素主路途徑外，還存在一條交替電子傳遞路徑，近年來研究發(fā)現這個低ATP合成“浪費型”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，然而對于其在防御生物脅迫中的作用及其作用機制尚不清楚。病毒因不含功能性細胞器、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系研究的優(yōu)良模式病原菌。同時，植物病毒又是導致番茄等農作物產量下降和品質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機制，探明植物—病毒互作關系從而找到提高蔬菜作物的抗病性方法無疑具有非常重要的科學和現實意義。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系及其作用路徑，探討了交替路徑在病毒逆境下的信號誘導調控機制。所得主要結果如下：
　　 1.研究了TMV侵染對番茄生長量、呼吸電子傳遞路

3、徑和AOX基因表達的影響。TMV侵染植株后改變植株表觀形態(tài)，降低植株的生長量，同時還引起總呼吸和交替呼吸速率的提高、細胞色素呼吸速率的下降。在基因水平上研究發(fā)現TMV誘導了AOX1基因家族的上調但不影響AOX2基因表達；在底物水平上，TMV處理通過影響還原態(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在番茄抗病反應中的作用及其下游調控機理。外源KCN(AOX促進劑)處理能顯著提高交替呼吸和AOX基因表達

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TMV的抗性；但SHAM(AOX抑制劑)處理得到了相反的結果，表現為交替呼吸的下調和TMV抗性的降低。由此推測AOX在植物抗病反應中起到了積極的作用。AOX誘導抗性與WRKY、MAPK轉錄因子以及PR-1、RDRP、PAL等抗病相關基因無關。對上部非接種葉氧化還原狀態(tài)研究發(fā)現預處理KCN能夠降低TMV誘導的抗氧化酶活性，緩解AsA含量的下降同時減少DHA在葉片中的積累。預處理

5、SHAM則進一步增強了TMV誘導的抗氧化酶活性并進一步降低了AsA含量。交替呼吸可以減少線粒體ROS產生，推測其在抗氧化脅迫中起到了首要的作用，并推測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信號物質在AOX介導的抗病防御反應中的作用機制。通過共聚焦顯微片層掃描技術(CLSM)、分光光度法、葉綠素熒光成像(ImagingPAM)和熒光實時定量(qRT-PCR)技術發(fā)現，NO

6、的供體DEA/NO預處理提高了番茄的抗病性而應用NO的清除劑cPTIO預處理則降低了植株的抗性，因此推測NO在病原菌侵染時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能夠誘導交替呼吸和AOX基因的上調，AOX正負效應劑均對NO的產生無影響，綜合以上結果表明AOX和NO在番茄侵染煙草花葉病毒后均參與了植物對病毒的抗病防御反應且二者形成了一條信號傳導路徑，NO位于此路徑的上游誘導AOX的活性，AOX位于路徑的下游，在親