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交替氧化酶在植物与病原物互作中的作用

徐婷  
【摘要】:在高等植物及部分真菌的线粒体呼吸电子传递链中除具有以细胞色素氧化酶为末端氧化酶的细胞色素主路呼吸以外,还具有一条以交替氧化酶为末端氧化酶的交替呼吸旁路途径,它能直接将电子从辅酶Q处传递至分子氧形成水,而不经过细胞复合物III和细胞复合物IV两个ATP形成位点,因而形成较少的ATP。该过程对水杨酸氧肟酸敏感,但对氰化物不敏感。目前发现交替呼吸旁路在寄主遭受生物和非生物胁迫方面具有重要的作用,尤其是与分子信号物质活性氧共同作用参与的植物抗病毒防卫反应更是成为研究工作的重点。 菌核病是世界范围内能够危害多种作物的一种真菌性病害,特别在油料作物上的危害最为严重,是油菜上的第一大病害,其致病菌是核盘菌,属于子囊菌亚门,核盘菌属。目前在核盘菌中发现存在交替呼吸途径,其末端氧化酶为交替氧化酶,与植物中的交替氧化酶一样,它能够调控真菌在遭受氧化胁迫时的抗性,并且能够影响核盘菌对杀菌剂的敏感性,尤其是与呼吸电子链抑制剂类杀菌剂互作时的研究一直都是热门话题。核盘菌给农业带来了巨大的损失,因此为解决这一实际性的问题寻找与杀菌剂结合的新的靶标位点,为开发新型杀菌剂具有重要的研究意义。 本文分别从交替氧化酶在植物抗病性以及真菌致病性方面展开了研究,发现在植物和真菌核盘菌中同时存在交替呼吸途径,且在活性氧诱导剂的作用下交替呼吸途径有利于病毒在植物中的侵染;并且能够改变真菌的生长发育,影响真菌对杀菌剂的敏感性,本文获得的主要研究结果如下: 1.三种交替氧化酶表达量不同的烟草在正常生长时线粒体细胞色素主路呼吸相同,但交替呼吸强度不同。转正义链AOX的Xanthi nn烟草株系Sn21交替呼吸能力最强,转反义链AOX的Xanthi nn烟草株系Sn10交替呼吸最弱。尽管交替氧化酶在三种烟草中的表达量不一致,但交替氧化酶并不能改变烟草花叶病毒在正常叶片中的初侵染。 2.外源过氧化氢并不能改变烟草对病毒的初侵染抗性,但用过氧化氢酶的抑制剂3-AT提前处理烟草能够降低Sn21烟草对病毒的初侵染抗性,与高浓度的过氧化氢共同作用后Sn21,WT,Sn10对病毒的抗性均降低。但若3-AT不提前处理烟草而直接与过氧化氢作用则三者对病毒的抗性没有发生变化。 3.低浓度的还原型谷胱甘肽并不能改变烟草对病毒的初侵染抗性,但随着浓度的升高,烟草对病毒的抗性逐渐增强,尤其是Sn21对还原型谷胱甘肽诱导的病毒抗性更加敏感。但用3-AT提前处理后再与还原型谷胱甘肽共同作用则三种烟草对病毒的抗性消失。 4.外源过氧化氢并不能够改变内源交替氧化酶基因的表达和交替呼吸途径的能力,但在3-AT的作用下能够显著增加Sn10和野生型WT烟草中交替氧化酶基因的表达和交替呼吸途径的能力,而对Sn21烟草中交替氧化酶的表达和交替呼吸无影响。 5.线粒体交替呼吸链的末端氧化酶交替氧化酶能够促进真菌核盘菌菌丝的生长发育,菌核形成;当核盘菌遭受氧化胁迫时能够诱导交替氧化酶基因的表达,提高交替呼吸途径的能力。 6.交替氧化酶能够降低核盘菌对嘧菌酯的敏感性,而增加核盘菌对二甲酰亚胺类,苯并咪唑类,芳香烃类杀菌剂的敏感性,同时发现这些杀菌剂对交替氧化酶基因的表达和交替呼吸途径有影响。 本研究表明线粒体交替氧化酶在植物与病原物互作中具有重要的意义,能够影响植物对病毒的抗性,参与真菌的生长发育,氧化胁迫抗性以及对杀菌剂的敏感性调控。关于交替氧化酶在离体叶片上的研究较少,尤其本文是以转基因烟草为材料,研究交替氧化酶与活性氧水平对植物抗病性的影响,而关于真菌中交替呼吸途径的研究更是很少,大部分都是与呼吸链的抑制剂—杀菌剂有关。且烟草花叶病毒病和菌核病都是典型病害,以此为研究模式,为提高植物抗性,降低病原物的致病性提供了理论基础。


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