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int突变能够增强不同温度下抗病基因诱导的生长缺陷

杜柏娟  
【摘要】:自文明起始,植物病害对植物和动物的生存就有着灾难性的影响。传染性植物疾病能够持续的给人类带来巨大的经济损失。随着人口增加,城市化进程的逐步推进,可用农业耕地逐渐减少,要保证世界粮食供应变得更加困难。因此,保护农作物免受病害影响更加重要。虽然农药的应用可以在一定程度内成功的控制了病虫害,但持续和大量的使用农药会危害我们的健康和环境。使用高产作物品种同样可以提高产量,但同时具有一个风险,这样大面积种植遗传背景单一的品种后,也同样容易感染毁灭性流行病。因此,理解植物在生态环境中疾病发生过程,思考应用植物自身的防御机制,会更有效的保护植物免受病原体侵害。为此,分析植物/病原体互作,包括了解病原菌致病机理和寄主响应的关键元素对选育抗病作物具有重要的现实意义。植物是各种植物病原,包括:真菌、细菌、病毒、线虫和有害昆虫导致的传染性病害的寄主。一个病原体成功地入侵寄主植物后会引发寄主产生疾病。同时,植物也能够识别非自我生物体的入侵,并诱导一个快速的防御反应来抵制许多入侵植物的病原体,这个快速的反应,称为过敏反应。此外,SA的积累和过敏反应引起的一种系统反应SAR能增强植物抗病性。而NPR1正是这个途径的主要正调控子。植物天然免疫是一个多层次的现象。第一层防御反应的触发依赖于定位在膜上的模式识别受体(PRRs),这个受体能够识别被称为病原相关分子模式(PAMPs)的微生物分子,作为非自身PAMP触发的免疫(PAMPs-triggered immunity, PTI)与低水平的防御活动和转录重组过程合作,仍然足以防御入侵植物的病原体。病原体菌株进化出被称为效应分子的有毒因子后变得能够适应特异寄主的防御。一些效应分子能够抑制PTI,从而使病原菌在寄主中繁殖成功。第二层次的防御反应,通常被称为是由效应分子引发的免疫或者(effector triggered the immunity, ETI), ETI多数由NB-LRR受体识别效应分子(R gene),引发一种强抗病反应,同时出现转录活性增加,SA大量积累,在许多情况下,还会出现细胞死亡拟南芥在研究植物/病原菌的互作上是一种非常有用的模式植物,这是因为拟南芥个体小(约为水稻的1/10),生育期短(6至12周),和较小的基因组(120 Mb),并且已积累了大量的遗传图谱、基因组序列和基因功能信息,突变基因和转基因技术也比较成熟。本研究利用EMS化学诱变方法在sncl突变体的基础上进行二次突变,以筛选在高温下具有防御反应诱导的矮化表型的突变株。通过图位克隆的方法,找到了一些int(insensitive to temperature)突变,它们在28℃能够增强snc1的生长抑制表型。之后采用传统杂交分析突变体表型、抗病性检测方法调查了int突变对snc1抗病性的调控作用。为此本文主要进行了以下几方面的研究:1.对20个int突变体进行了杂交,在F2代群体中分析了int突变体的遗传特性。选择在28℃生长缺陷明显的intsncl突变体进行克隆。目前,利用图位克隆方法成功克隆了int192和int12突变体。经过测序发现INT192和INT12是BON1基因的等位基因。突变位点分别位于第一和第五外显子。2.通过对int192和int12的抗病性分析,发现int192和int12突变虽然能够增强sncl在28℃的防御表型,却不能影响sncl的抗病性,指出BON1在高温下对snc1的调控不涉及防御反应。3.根据研究,发现snc1在高温下的抗病性与SNC1的核定位信号相关。为此,我们分析了SNC1在bon1中的核信号,发现高温下bon1对SNC1在细胞核中的表达影响不显著,而SNC1-4的强信号可能归因于snc1-3突变激活了SNC1的表达。4.对int51的研究发现,ROS代谢平衡与植物抗病相关,但这种相关并不是直接影响sncl的对病原菌的抗性,与int192相似,int51同样只能增强snc1在28℃的防御表型。通过对int192和int51的研究,表明int192和int51都属于之前划分的能够调控R基因激活诱导的生长抑制途径。虽然目前我们还没有克隆到直接影响SNC1介导的抗病性的INT基因,但对INT基因的研究为探索温度对植物防御反映的影响提供了切入点。


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