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番茄IMPα/β和LYK家族基因的鉴定、表达模式分析和功能研究

田丽梅  
【摘要】:在植物细胞中有选择性的双向运输大分子穿过核膜,以此来调控各种不同的细胞活动,例如信号的识别和转导、蛋白质互作和基因的表达等。通过核质运输载体importina and importinβ (IMPα/β)进行的大分子有选择性的双向核质运输在广泛的生物进程中具有非常重要的意义。而LysM型类受体蛋白激酶(receptor-like protein kinase containing LysM motif, LYK)主要是植物中通过识别含有N-乙酰氨基葡萄糖基成分的信号分子,参与宿主植物和其特定的微生物之间共生关系的建立,并在植物的生长发育和抗病反应中具有重要作用。本研究分析了番茄中的IMPαs/βs和LYKs家族基因的表达模式,利用病毒诱导基因沉默(virus-induced gene silencing, VIGS)的方法逐一沉默番茄IMPαs/βs和LYKs家族基因,探索了IMPαs/βs和LYKs两个基因家族成员在抗病途径中的可能作用。本研究分离鉴定到番茄中6个SlIMPα基因和15个SlIMPβ基因。SlIMPαs主要由IBB结构域和8-10个ARM repeats串联组成,SlIMPβs主要由19-20个相似的HEAT repeats组成。表达模式分析表明,在SA、JA和ACC等激素处理和灰霉菌(Botytis cinerea)、Pseudomoas syringae pv. tomato (Pst) DC3000等病原菌侵染下,IMPαs/β家族基因的诱导表达模式各不相同。SlIMPα1和SlIMPα6基因同时能被SA、JA和ACC诱导表达,而SlIMPα1、SlIMPα2、SlIMPα3、SlIMPα6同时能被Pst DC3000和B.cinerea诱导表达;而SlIMPβs的表达模式更为复杂。利用VIGS方法,逐个降低SlIMPα/β家族基因的表达水平后发现,SlIMPα1沉默植株能自发诱导活性氧的产生,且在无病原菌侵染时沉默植株中的活性氧产生的正调控基因SlRbohI和SlCAT1的表达水平极显著性上调,活性氧产生的负调控基因SlSOD的表达水平极显著性下调;SlIMPα6沉默植株对灰霉菌的敏感性增强,抗性降低。SlIMPβ3、SlIMPβ6和SlIMPβ9等三个基因的沉默植株的形态学表型发生改变,叶片畸形;SlIMPβ13沉默植株对B.cinerea的抗性降低,活体接种灰霉菌24h时,SlPR1b、SlPI Ⅰ和SlPI Ⅱ等防卫相关基因的表达量与对照相比显著性或极显著性下调。这些结果表明,SlIMPα/β家族基因在番茄的正常生长发育和对灰霉菌的抗病反应中具有重要作用。本研究分离鉴定到番茄中14个SlLYKs基因。研究发现,在SA、JA和ACC等激素处理和灰霉菌(Botytis cinerea)、Pst DC3000等病原菌的侵染下,SlLYK家族基因的诱导表达模式各不相同。与对照相比,在SA和JA处理下,分别只有SlLYK7和SlLYK5、SlLYK11的转录表达水平无明显差异,而其他基因都存在显著性或极显著性上调;在ACC处理下,大多数基因的转录表达水平表现出无明显差异。利用VIGS方法,分别逐个沉默SlLYKs基因后,研究发现,与对照相比,SlLYK1沉默植株对灰霉菌的抗性增强,而SlLYK11和SlLYK13沉默植株对灰霉菌的敏感性增强。结果证明SlLYKs家族基因在番茄对灰霉病的抗病反应中起不同的调控作用。


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