交替氧化酶在番茄防御病毒侵染中的作用及信号调控机制
高等植物线粒体除具有偶联ATP合成为细胞提供能量的细胞色素主路途径外，还存在一条交替电子传递路径，近年来研究发现这个低ATP合成“浪费型”的电子传递路径在提高植物非生物逆境抗性方面发挥了重要作用，然而对于其在防御生物胁迫中的作用及其作用机制尚不清楚。病毒因不含功能性细胞器、不编码AOX蛋白从而给人们提供了植物交替电子传递路径和生物胁迫防御关系研究的优良模式病原菌。同时，植物病毒又是导致番茄等农作物产量下降和品质变劣的重要原因之一。因此，研究作物在病毒侵染下的抗性响应机制，探明植物—病毒互作关系从而找到提高蔬菜作物的抗病性方法无疑具有非常重要的科学和现实意义。本文以烟草花叶病毒(TMV)敏感型番茄(Solanum lycopersicum Mill.cv.Hezuo903)为材料，研究了交替电子传递路径在番茄同病毒抗性形成间的关系及其作用路径，探讨了交替路径在病毒逆境下的信号诱导调控机制。所得主要结果如下：
1.研究了TMV侵染对番茄生长量、呼吸电子传递路径和AOX基因表达的影响。TMV侵染植株后改变植株表观形态，降低植株的生长量，同时还引起总呼吸和交替呼吸速率的提高、细胞色素呼吸速率的下降。在基因水平上研究发现TMV诱导了AOX1基因家族的上调但不影响AOX2基因表达；在底物水平上，TMV处理通过影响还原态泛醌的含量和丙酮酸含量从而提高了交替呼吸活性。
2.研究了AOX在番茄抗病反应中的作用及其下游调控机理。外源KCN(AOX促进剂)处理能显著提高交替呼吸和AOX基因表达，抑制TMV-CP基因在上部非接种叶中的累积，并显著提高植株对TMV的抗性；但SHAM(AOX抑制剂)处理得到了相反的结果，表现为交替呼吸的下调和TMV抗性的降低。由此推测AOX在植物抗病反应中起到了积极的作用。AOX诱导抗性与WRKY、MAPK转录因子以及PR-1、RDRP、PAL等抗病相关基因无关。对上部非接种叶氧化还原状态研究发现预处理KCN能够降低TMV诱导的抗氧化酶活性，缓解AsA含量的下降同时减少DHA在叶片中的积累。预处理SHAM则进一步增强了TMV诱导的抗氧化酶活性并进一步降低了AsA含量。交替呼吸可以减少线粒体ROS产生，推测其在抗氧化胁迫中起到了首要的作用，并推测交替呼吸和抗氧化系统协同作用共同清除整体植株活性氧的含量，缓解植株氧化胁迫。
3.研究了NO信号物质在AOX介导的抗病防御反应中的作用机制。通过共聚焦显微片层扫描技术(CLSM)、分光光度法、叶绿素荧光成像(ImagingPAM)和荧光实时定量(qRT-PCR)技术发现，NO的供体DEA/NO预处理提高了番茄的抗病性而应用NO的清除剂cPTIO预处理则降低了植株的抗性，因此推测NO在病原菌侵染时起到了积极的防御作用。TMV接种后NO的爆发早于交替呼吸，外源NO能够诱导交替呼吸和AOX基因的上调，AOX正负效应剂均对NO的产生无影响，综合以上结果表明AOX和NO在番茄侵染烟草花叶病毒后均参与了植物对病毒的抗病防御反应且二者形成了一条信号传导路径，NO位于此路径的上游诱导AOX的活性，AOX位于路径的下游，在亲和性系统防御反应中起到了更为直接的积极的作用。
交替氧化酶;烟草花叶病毒;番茄;病毒逆境;信号调控;抗氧化系统
浙江大学;浙江大学农业与生物技术学院
硕士
蔬菜学
喻景权
2010
中文
S641.2;S432.26
65
2010-06-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）