论文部分内容阅读
在与病原微生物的长期斗争中,植物进化出了不同的防卫机制来抵御病原微生物的攻击。植物能够识别病原微生物上高度保守的病原相关分子模式PAMPs（Pathogen-associatied molecular patterns,PAMPs）,从而激发植物体内的先天性免疫反应PTI（Pattern-triggered immunity,PTI）,产生广谱抗病性。一些病原菌通过进化出 ETS（Effector-triggered susceptibility）来绕过植物的PTI,使植物感病,在长期进化过程中,为了克服ETS,植物进化出了 R蛋白（Resistance proteins）引发 ETI（Effector-triggered immunity）来对抗 ETS。此外,植物还可以通过一些激素信号或化学物质引起对病原菌的抗性反应,即获得性抗性（Systemic acquired resistance,SAR）。在这一系列的相互对抗中,植物会产生包括活性氧爆发、MAPK级联激活、胼胝质沉积、防御反应基因的表达激活等一系列反应。然而,植物在受到非生物胁迫的时候,同样能够引起一些如活性氧爆发、MAPK级联激活、胼胝质沉积等类似的反应。植物的抗病性中,植物激素如SA、JA等起到了不可或缺的作用。这些激素也参与非生物胁迫反应。因此,非生物胁迫与生物胁迫之间存在着紧密联系,但是非生物胁迫如何影响抗病反应尚待进一步研究。本文以拟南芥为材料,研究了低温胁迫对植物抗病的影响,并探讨了低温逆境基因FRY2在抗病中的功能。首先,我们探讨了低温胁迫对植物免疫反应的激活效应。研究结果显示,最少8小时的低温（4℃）胁迫足以激活植物对后续Pst DC3000感染的抗病性,并且伴随H2O2积累和胼胝质沉积,延长低温胁迫的时间有利于抗病性进一步增强,例如低温处理24 h后诱导的拟南芥的抗病性明显高于低温处理8 h所诱导的抗病性。在拟南芥病原菌侵染后的转录组测序结果中发现,相比于病原菌侵染后晚期（30 hpi）的转录组变化,低温胁迫所诱导的转录组的变化更相似于病原菌侵染后早期（6 hpi）的转录组变化。而且SA通路的标记基因PR2、PR5和一些在防御半活体营养型病原菌有正向作用的基因的表达,在低温诱导后上调;而JA通路的标记基因如PR4、MYC2和一些在防御死体营养型病原菌时起正向作用的基因的表达,在低温诱导后下调。低温胁迫激活的抗病性在SA缺陷的NahG转基因拟南芥中消失,这说明这种诱导的抗病性是依赖于SA的。有趣的是,参与SA生物合成的酶ICS2、PAL1、PAL2、PAL4以及MeSA酯酶MES9在低温胁迫下表达上调,而参与SA修饰的酶UGT74F2、GH3.5、SOT12在低温胁迫下表达下调,说明低温下SA的生物合成机制与病原菌感染时由ICS1主导的合成机制不同。简而言之,这些结果说明低温胁迫激活SA免疫信号通路的关键基因,交叉诱导免疫应答。其次,我们研究 了 CPL1(C-TERMINAL DOMAIN PHOSPHATASE-LIKE/FRY2（FIERY 2）在植物抗病中的功能。CPL1/FRY2是一种RNA聚合酶Ⅱ CTD磷酸酶,除了含有磷酸酶催化结构域,还含有多个RNA结合结构域,在抑制逆境基因表达中有重要作用,是植物耐受低温等胁迫所需要的。我们的研究显示,FRY2也参与植物的抗病反应,与野生型（sy24）相比,FRY2的功能缺失突变体sy29对半活体营养型病菌Pseudomonas syringae pv tomato DC3000的感染更敏感,而对死体营养型病菌Botrytis cinerea的抗性更强。转基因互补分析证明这些表型变化的确是由FRY2突变引起的,而且在其它FRY2等位突变系（1005、CS370937、SALK014519和CS879407）中也观察到一致的表型。说明低温逆境基因FRY2促进SA信号途径的抗病反应,而抑制JA信号途径的抗病。进一步的转录组测序及RT-qPCR分析结果显示,与sy24相比,病原菌侵染之后的sy29中SA通路的基因表达下调,包括PR1、PR2和PR5这些SA通路中响应抗病的标志基因,而JA通路的基因上调,如PR3、PR4、AOC3、JAZ7和JAZ10这些JA通路中响应抗病的代表基因。但是,sy29突变体在病原菌侵染后SA合成途径基因的表达也上调,而且SA含量比野生型更高,这些结果说明突变体中SA合成增强,却无法引起相应的下游反应。在sy29突变体中上调的激素信号途径除了 JA通路外,还包括ABA、乙烯等信号途径,暗示CPL1/FRY2在调控植物激素信号途径中可能起着广泛作用。此外,在sy29突变体中,有一些参与DNA甲基化的基因表达水平下降,包括VIM1、DML3、CMT3、FDM2、FDM4和FMD5等。这些基因在促进DNA甲基化,抑制基因表达中发挥重要作用。sy29突变体中的基因表达激活可能与这些基因的表达下调有关。推测CPL1/FRY2可能通过参与DNA甲基化调控而影响抗病反应,并在协调SA、JA抗病途径中起重要作用。