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γ-氨基丁酸与L-谷氨酸对梨和番茄果实采后抗性诱导作用及其相关机理的比较分析

金丽飞  
【摘要】:果实在采后供应链阶段极易遭受真菌病害损失,通过激发子诱导果实产生抗性不失为一种安全高效环保且可持续的策略。作为新资源食品的γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)及其直接前体物质L-谷氨酸不仅在哺乳动物或植物体中发挥着重要作用,而且早在1998年就被美国环境保护署(EPA)登记为生物农药活性成分,但是关于其在果实采后病害方面的研究仍然相对较少。所以本论文先以梨果实为供试材料,对GABA与L-谷氨酸诱导果实采后抗性的规律及机制进行初步探究,再通过模式植物番茄果实对其相关机理进行更深入的研究,从而获得更多关于果实响应GABA与L-谷氨酸诱导抗病性方面的机制。主要研究结果如下:1.GABA与L-谷氨酸均不能直接抑制梨果实采后青霉病的发生以及扩展青霉孢子的萌发,但是可通过诱导果实抗性来控制病害,且其效果同GABA与L-谷氨酸浓度和诱导处理作用时间密切相关。此外,无论是在常温条件下还是在4℃冷藏条件下,1.00 mM的GABA与L-谷氨酸对梨果实采后青霉病的控制效果无显著差异,且对梨果实品质无负面影响。2.GABA与L-谷氨酸处理均可不同程度地激发梨果实伤口处几丁质酶(chitinase,CHI)、β-1,3-葡聚糖酶(β-1,3-glucanase,GLU)、苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonialyase,PAL)、过氧化物酶(peroxidase,POD)和多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)活性以及诱导PR1、GLU、CHI3和CHI4基因的表达,表明GABA或L-谷氨酸处理可能通过激活抗性相关酶活和基因表达来提高梨果实抗病性,且GABA在诱导采后梨果实产生青霉病抗性过程中可能存在Priming机制。3.GABA与L-谷氨酸处理均可提高梨果实伤口处谷氨酸、GABA、精氨酸、甲硫氨酸、亮氨酸和赖氨酸含量,且谷氨酸、GABA、精氨酸均可有效控制梨果实青霉病的发生。此外,当梨果实经GABA合成或代谢抑制剂处理后,其发病情况与对照组无显著差异。据此表明,GABA与L-谷氨酸处理可有效诱导采后梨果实抗性可能与诱导氨基酸积累以及激活GABA支路相关。4.1 mM的GABA与L-谷氨酸处理均可以显著诱导樱桃番茄果实采后灰霉病的抗性,且在接入病原菌的第四天和第七天L-谷氨酸比GABA效果更显著。5.GABA与L-谷氨酸处理均可不同程度的诱导樱桃番茄果实PR基因(PR1a、PR2a、PR3a、PR3b、PR5a和PR5b)的表达,表明GABA与L-谷氨酸处理可通过激活PR基因表达来提高樱桃番茄果实抗病性。6.GABA与L-谷氨酸均可显著诱导水杨酸合成和信号转导路径上的关键基因ICS1、PAL5、NPR1、WRKY1、TGA1和TGA2,表明GABA与L-谷氨酸处理可能通过激活水杨酸合成路径以及信号转导路径来诱导番茄果实产生抗性。7.樱桃番茄果实经GABA或L-谷氨酸诱导处理24 h后,可显著诱导七种氨基酸(谷氨酸、天门冬氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、组氨酸和精氨酸)的积累,且谷氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸和精氨酸均可显著抑制灰霉病。此外,GABA与L-谷氨酸处理组能显著诱导GAD1、GAD3和GABA-TP1基因表达,表明GABA与L-谷氨酸处理可能同样会通过诱导氨基酸积累和激活GABA支路来提高番茄果实抗性。8.GABA与L-谷氨酸处理可激活樱桃番茄果实体内多个谷氨酸受体样基因(SlGLR),尤其是GLR2.6在诱导处理的12 h或24 h其表达量均显著高于对照组。此外,当番茄果实经谷氨酸受体抑制剂DNQX处理,或者DNQX与GABA和L-谷氨酸复配处理后,其对灰霉病的抑制效果均与对照组无显著差异。基于此我们猜测GABA或L-谷氨酸可能通过激活GLRs信号通路来提高番茄果实抗性。9.转录组数据显示,与对照组相比,樱桃番茄果实经GABA处理后有121个差异基因属于上调表达,81个属于下调表达,经L-谷氨酸处理后则有120个差异基因属于上调表达,93个属于下调表达。将差异表达基因作KEGG富集分析,结果表明氨基酸代谢、次级代谢、植物与病原菌互作以及脂代谢和能量代谢路径均可能参与到GABA和L-谷氨酸诱导提高番茄果实抗病性过程。


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