KH结构域蛋白SHI1在拟南芥抗病反应中的功能研究
植物在受到病原菌侵染之后会启动抗病反应，通过改变细胞壁成分、合成一些抗菌物质和防御酶等来进行抵抗或减小病原菌的侵害。这些抗病反应受到植物体内转录水平上的调控，确保在正常生长条件下抗病反应受到抑制，避免干扰植物的正常生长发育，而在病原浸染时抗病反应又能快速激活。因此，转录调控在抗病反应的调控中起着核心作用。SHI1是拟南芥Arabidopsisthaliana的一种含有KH-domain的RNA结合蛋白，通过参与转录调控过程在植物抗逆反应中起重要作用，但其在生物胁迫反应中的功能我们目前了解较少，还有待研究。本文在前期突变体鉴定的基础上探讨了该基因在拟南芥抗病反应中的功能。 在前期工作中通过EMS诱变与图位克隆鉴定到SHI1的突变体shi1-1(编号sy30)。我们对其进行抗病性表型分析，发现sy30对细菌性病原菌PseudomonassyringaepvtomatoDC3000的抗病性较野生型更弱，将野生型的SHI1基因转入sy30突变体中，在互补株中的抗病性得到了恢复，表明SHI1在拟南芥对抗PstDC3000的侵染中起正调控作用。 为了探究sy30抗病性减弱的原因，我们对其进行了转录组测序分析。转录组数据显示无论在正常生长条件下还是受到MOCK处理或病原菌PstDC3000浸染，sy30中的基因表达与对应的野生型相比都出现明显差异。对差异基因进行功能聚类分析发现，在正常条件下sy30中表达上调基因在非生物胁迫相关的terms中有一定富集，在MOCK处理下sy30中表达上调基因在SA合成和SAR反应等防御反应相关terms中有明显富集，而在受到病原菌PstDC3000侵染后，sy30中表达上调基因在与非生物胁迫相关的terms中明显富集，如chemicalstimulus，mechanicaldamage，ABAstimulus等，说明sy30受到外界刺激后无法正确激活相应的胁迫反应。 我们进一步提取PstDC3000侵染后sy30突变体与野生型之间差异表达基因中与防御反应相关的基因信息，发现病原侵染后的sy30中SA途径抗病反应的标志基因如PR1、PR2和PR5等的表达低于野生型中的水平，但有趣的是，一些ET/JA抗病途径中的关键基因如ERF1、PR3、PR4等在sy30中上调。此外，非生物逆境相关的激素ABA合成关键酶基因如NCED2和NCED3，以及ABA信号途径调控因子基因ABR1、ABI1等都在受病原浸染的sy30中上调。这些结果说明受到PstDC3000浸染时，sy30中的SA抗病途径的激活低于野生型，而抵抗死体营养病原菌浸染的JA/ET抗病途径以及参与非生物胁迫反应的ABA信号途径被异常激活。荧光定量验证的结果与转录组结果一致。对突变体中上述相关激素含量测定发现，在受到侵染后突变体sy30中ABA含量明显高于野生型sy24，而SA含量更低。由于ABA对SA抗病途径存在拮抗作用，sy30中ABA水平升高可能是导致其对PstDC3000抗病性减弱的原因。 前人研究显示SHI1的互作蛋白FRY2在抗病中起正调控作用，我们创建了shi1、fry2的双突变体（编号189）并分析其表型，发现双突体对PstDC3000的抗病性比shi1、fry2单突变体更弱，说明SHI1、FRY2在抗病反应中有加和效应。转录组测序与荧光定量PCR分析发现SA抗病途径标志基因如PR1、PR2和PR5在sy29、sy30和双突189中的表达量都出现明显的下调，而ET/JA途径相关基因如ERF1、PR3和PR4以及ABA信号途径相关的ABI1、ABR1等则上调，并且在双突变体中变化趋势更明显，说明SHI1和FRY2通过协同互作调控植物激素信号途径的活性而影响植物的抗病性。 总之，本研究表明SHI1通过抑制JA/ET途径的抗病反应、抑制ABA合成及信号途径，在SA介导的抵抗PstDC3000的抗病反应中起正调控作用。
植物模型;KH结构域蛋白SHI1;抗病反应
华中师范大学
硕士
植物学
杨万年
2021
中文
S432
2023-07-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）