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小麦抗条锈性的自由基分子机理

郭萍  
【摘要】: NO自由基不仅在动物的免疫系统中具有重要作用,而且在植物的系统获得抗病性(SAR)和植物抗病防卫反应中也具有重要的作用。本文利用电子自旋共振(ESR)技术研究了内源NO与小麦不同抗性类型的关系,肯定了NO启动的时间点和强度是决定抗病类型的关键因素:同时利用外源NO和寡糖素对小麦抗条锈性的诱导,证明了在小麦的HR反应中NO与毒性病原菌信号的协同作用以及诱导抗性中NO的时间进程与低反应型抗性中NO时间进程的一致性。通过ESR和蛋白印记法分析了NO的来源,对NO的多种来源进行了研究。本研究对小麦抗条锈性的自由基分子机理进行了研究和讨论。 一、NO在小麦-条锈菌不同反应体系中的时间进程 应用ESR技术对小麦叶片内源NO的研究结果认为,同一小麦品种洛10接种不同的条锈菌小种单胞菌系CY22-2,CY13-2,CY29-1后,分别表现了免疫、过敏性坏死抗性和感病反应型。由于反应型的不同,叶内产生的NO动力学变化不同。抗病反应与感病反应的最大区别是抗病反应在寄主显症前,内源NO呈现出双峰曲线,而感病反应只有微弱的双峰或仅仅只有显症前的单峰变化。不同的抗病反应型第一峰启动的时间和强度存在一定的差异,抗性越强,NO峰启动的越早。免疫反应NO峰启动的较过敏性抗性反应早,但过敏性抗性反应的第一峰信号较免疫反应强。三个不同表型的病理体系都表现出有第二阶段的NO爆发,免疫和感病体系NO的爆发出现在接种后的第五天,而高抗体系则出现在接种后的第六天。NO的动力学变化表明,条锈菌在寄主体内定殖前内源NO的爆发与抗感表型有关,而第二阶段NO的爆发对小麦-条锈菌病理体系表型的决定没有意义。综上所述,寄主的抗病程度越高,内源NO信号启动得就越早越强,小麦与条锈菌互作体系的抗病表型与寄主内源NO信号启动的时间和强度呈现一定的正相关。 二、外源NO在诱导小麦抗条锈性中的作用 外源NO能够诱导感病寄主洛10对条中29号小种的抗病性,抗病程度与外源NO的浓度和诱导时间有关,在一定的诱导浓度和时间内抗性随浓度的增加和时间的延长而提高。 小麦与条锈菌互作病害体系的研究结果表明,NO可以触发小麦条锈菌感病体系中HR的发生。NO单独处理小麦叶片不能使寄主产生HR反应,NO和条锈菌同时处理小麦叶片也不能使寄主产生HR反应,而当NO的渗透与锈菌的接种相隔一定时间后,则NO可以明显地触发HR反应。由此推测NO可能与毒性小种触发的其他信号分子的平衡是HR反应的关键,NO的保护作用可能与防卫反应的启动有关。NO对小麦抗条锈性的诱导为进行NO信号分子功能的研究提供了初步证据。 三、寡糖素与小麦抗条锈性的关系 小麦抗条锈性的自由基分子机理 一 本文利用从大豆中提取的寡糖素诱导了小麦感病品种辉县红对毒性条锈小种 CY29上的抗病性,同时通过利用ESR测定病程中NO的动态变化,明确了寡糖素 诱导的抗锈性中NO的作用。结果表明在寡糖素诱导的SAR中NO启动的时间和强 度与抗病表型相关。对照NO的时间进程总体呈现逐渐上升的态势,而诱导处理的 NO时间进程具有明显的双峰起伏。这与同一品种和不同条锈菌小种互作的各反应 型中内源NO的动态变化趋势相一致。 四、NR对小麦-条锈菌病理体系内源NO的贡献 动物病理体系中的NO毫无疑问的来源于NOS(itric oxide synthase,一氧化氮和 酶X但植物中的NO不仅仅局限于NOS存在的组织中。小麦与条锈菌互作体系中 NRhitrate reductase崩酸还原酶)产生 NO的结果表明,小麦的免疫反应和过敏性反 应抗病体系中*R都可以产生*O,尽管二者产生*O的动力学曲线完全不同。兔疫 体系中NR的动力学变化与内源NO的产生呈现出极显著的负相关,进一步的试验 结果表明来源于NR的NO与病程中的NO没有显著的相关性。过敏性抗病反应体 系的结果则不同,寄主内NR的变化与内源NO的变化呈正相关,同时利用NR抑 制剂抑制NO产生的结果表明,来源于NR的NO与内源NO变化具有极显著的相 关性。关于禾本科植物中NR是否能产生NO尚未见报道,小麦与条锈菌互作体系 的研究结果证明了小麦中的NR同样可以产生NO,尽管NR来源的NO在不同类型 的抗病体系中作用不同。但对于NR如何调控NO的产生仍需进一步研究揭示。 五、小麦-条锈菌病理体系中的NOS 在植物抵御病原微生物的防卫反应中担任重要角色的NO很可能与NOS酶有 关。ESR测定NOS来源NO的结果表明,不同的时间点NOS对NO产生的作用不 同,无论在免疫体系还是过敏性抗病体系,氮爆发时间点产生的NO与NOS有显著 的相关性,尽管相关分析表明整个病程中NO与NOS的相关性在免疫体系中不显著, 只在过敏性抗病反应中表现了显著的相关性。Western blot的结果明确了在小麦与条 锈菌病理体系中,寄主内的NOS是类似于动物nNOS的结构蛋白,分子量大约为 166KD,而非诱导型的iNOS。本研究为植物病理体系中NOS的结构、活性和作用 机制的研究奠定了一定的基础。


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