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拟南芥中EIN3EIL1通过抑制SA信号途径负调控植物的先天免疫反应

陈华民  
【摘要】:在与病原微生物的长期斗争中,植物进化出了不同的防卫机制来抵御病原微生物的攻击。植物首先识别病原物上高度保守的病原相关分子模式(PAMPs),从而激发了植物体内的先天性免疫反应(PTI),包括氧爆发,MAPK级联,胼胝质的沉积,防卫反应基因的表达等等。这种免疫反应是植物针对外来病原物入侵做出的第一道主动防御反应,因此也在植物的抗病体系中占据了重要的作用。但是PAMPs诱导的先天免疫反应的调控机制目前还并不十分清楚。 植物的抗病性中,植物激素起到了不可或缺的作用。通常认为SA信号途径主要是对于寄生性微生物的侵染具有抗性,而ET/JA信号途径主要是对于腐生性微生物的侵染具有抗性。但是研究表明ET信号途径可能也参与了植物对半寄生性或寄生性病原微生物的相互作用。我们的研究发现,拟南芥中ET途径中的转录因子EIN3/EIL1可以负调控PAMPs诱导的先天免疫反应,包括胼胝质的沉积,防卫反应基因的表达等等。遗传和生化方面的证据都支持这种负调控作用是EIN3EIL1通过抑制SA信号途径来完成的。 关键性的结论如下: 1 EIN3EIL1负调控了植物的抗病性细菌生长结果表明ebf1ebf2增强了对DC3000的感病性,而ein3eil1降低了对毒性菌DC3000的感病性,同时降低了对非致病菌DC3000 hrpL的感病性,这表明EIN3EIL1负调控了拟南芥对毒性菌和非致病性菌的抗病性。 2 EIN3EIL1抑制了PTI ein3eil1上DC3000 hrpL和flg22诱导的胼胝质沉积反应都增强了,同时EIN3过表达植物上胼胝质沉积反应明显降低,这表明EIN3EIL1抑制了PAMPs诱导的胼胝质沉积反应。原生质体瞬时表达实验表明EIN3EIL1抑制了flg22诱导的FRK1的表达。northern blot分析结果表明EIN3EIL1抑制了PR1的表达。这些结果都证明EIN3EIL1抑制了PTI。 3 EIN3EIL1抑制flg22诱导基因的表达 microarray数据分析结果表明EIN3EIL1抑制了大批flg22诱导基因的表达。并且其中包含多个SA途径中的成分,如SID2、PAL1、PAL2、chorismate synthase、EDS1和SA途径的标记基因PR1、PR2等。Real-time PCR和原生质体瞬时表达也都支持EIN3EIL1对flg22诱导基因的抑制作用。 4 sid2阻断了EIN3EIL1对PTI的抑制 ein3eil1sid2上细菌生长的增多和胼胝质沉积反应的减弱表明,sid2阻断了ein3eil1对DC3000和DC3000 hrpL的抗病性,阻断了PAMPs诱导的胼胝质沉积反应。Real-time PCR结果也表明sid2阻断了EIN3EIL1抑制基因的表达。这些结果都表明EIN3EIL1对PTI的抑制作用是通过SID2来完成的。 5 EIN3EIL1与SID2启动子区域序列特异地结合 ChIP结果表明,EIN3和EIL1蛋白都可以特异的与SID2启动子区域的序列相结合。 6 EIN3EIL1-SID2可能是ET与SA信号之间的结合点 etr1和ein2上的DC3000生长测定和DC3000诱导的PR1的表达表明,etr1增强了对DC3000的感病性,降低了PR1的诱导表达;而ein2则降低了对DC3000的感病性,增强了PR1的诱导表达。考虑到ETR1对EIN2和EIN3的负调控作用,结合它们的抗病性表现,我们初步得出EIN3EIL1对SA途径的抑制作用是ET途径对SA途径抑制的结果。准确的结论还需要进一步的实验去证明。 综合以上实验结果,我们提出:拟南芥中EIN3EIL1通过抑制SA途径负调控了PAMPs诱导的先天免疫反应。 另外有意思的是,我们发现一个新的EIN3突变体,表现出对DC3000感病性的增强,这完全不同于其它ein3的抗病性表型,我们把这个感病性增强的ein3命名为ein3-5,并对ein3-5的感病机理进行了初步的探讨。 1 ein3-5降低了PTI 细菌生长的增加,胼胝质沉积反应和PR1诱导表达的减弱都表明,ein3-5降低了PTI。 2 ein3-5的感病性增强的两个假说 鉴于EIN3的负调节作用,我们推测ein3-5感病性的增强可能是因为ⅰein3-5体内ERF1表达量提高,ⅱEIN3-5蛋白比EIN3蛋白更加稳定,但实验证据并不支持这两种假设。 3 AtERF3在ein3-5感病性中的作用 转录抑制因子AtERF3在ein3-5中的表达增高了,为了验证是否是因为AtERF3的表达增高导致了ein3-5感病性的提高,我们构建了AtERF3的过表达植物,低表达AtERF3的erf3植株。细菌生长和flg22诱导的胼胝质沉积实验结果表明AtERF3的表达对flg22诱导的胼胝质沉积反应有部分影响,但并不足以引起细菌生长的增加。所以说AtERF3的作用并非引起ein3-5感病性增强的最主要原因。 因此对于ein3-5的感病机理的研究还需要进一步的探讨。


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