论文部分内容阅读
植物固定生长在土壤中,由于其不可移动性,不可避免遭受周围环境中各种病原菌的侵害。植物体在与病原菌漫长的共同进化过程中形成了一套高效、系统的对抗外界病原微生物的防御机制。棉花黄萎病(Verticillium wilt)是一种毁灭性的土传维管束真菌病害,被称为棉花的“癌症”。棉花黄萎病的主要病原微生物大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)侵染棉花后会引起叶片失绿变黄,萎蔫脱落,维管束褐化,直至整株死亡,严重威胁棉花产量和纤维品质。目前,棉花黄萎病抗病机理研究已经成为热点问题。褪黑素(Melatonin)称松果体素,是一种广泛存在于植物体内的具有生物活性的小分子物质,因其具有多种生物学功能,近年来引起科学家的广泛关注。本研究通过外施褪黑素和内源抑制褪黑素的合成,探究褪黑素对棉花黄萎病抗性的影响与机理,主要结果如下:1.不同浓度的褪黑素处理均能够在一定程度上提高棉花幼苗对黄萎病菌的抗性,具体表现为,延缓黄萎病病症的发生,抑制黄萎病菌在棉花体内的定植。不同浓度的褪黑素对提高棉花幼苗抗黄萎病性有显著差异,其中25μΜ为最佳处理浓度。棉花幼苗内源褪黑素含量均能够响应黄萎病菌的侵染而显著增加,但抗病品种显著高于感病品种。褪黑素本身对黄萎病菌的生长不起抑制作用,但参与棉花对黄萎病菌侵染的响应,是棉花黄萎病抗性重要调节因子。2.通过已知的拟南芥褪黑素合成关键基因AtSNAT(AT1G32070)和AtCOMT(AT5G54160),利用序列比对、系统发育、保守结构域和突变体功能互补等分析,鉴定了棉花褪黑素合成关键基因GhSNAT(Gh_D02G1063)和GhCOMT(Gh_D12G2714)。采用病毒介导的的基因沉默技术(Virus-induced gene silence,VIGS)沉默棉花幼苗GhSNAT和GhCOMT基因,TRV:SNAT、TRV:COMT和TRV:SNAT+COMT基因沉默株系棉花幼苗的褪黑素合成受到显著抑制。接种黄萎病菌后,基因沉默株系棉花幼苗抗病性明显下降,具体表现为叶片萎蔫提前、接菌后病情指数急剧升高和棉花幼苗体内病原菌定植量显著增加。TRV:SNAT+COMT、TRV:COMT和TRV:SNAT基因沉默株系内源褪黑素含量依次降低,对黄萎病菌的敏感性也表现为:TRV:SNAT+COMT>TRV:COMT>TRV:SNAT>TRV:00,说明内源褪黑素影响棉花对黄萎病菌的抗性具有剂量效应。3.对外源褪黑素处理的棉花幼苗进行转录组和代谢产物分析发现,褪黑素处理上调了接种黄萎病菌后棉花幼苗苯丙烷通路相关基因的表达,进而加速了棉花幼苗中木质素的合成。褪黑素能够诱导棉花植株维管组织木质素积累、细胞壁加厚,从而增强其对病原菌入侵和扩展的抵抗力。VIGS基因沉默株系抑制了棉花幼苗内源褪黑素的合成,接种黄萎病菌导致侵染所诱导的木质素合成受阻,棉花幼苗木质素含量下降,降低了对黄萎病菌的抗性。外施褪黑素可使VIGS基因沉默株系棉花幼苗能够恢复苯丙烷通路和木质素对黄萎病菌的响应。因此,褪黑素能够通过上调苯丙烷通路相关基因的表达,加速木质素的合成,提高诱导组织结构抗性,增强棉花对黄萎病菌的抗性。4.褪黑素处理能够提高参与甲瓦龙酸和棉酚合成通路相关的基因的表达,使植株内源棉酚的生物合成加速。棉酚是一种植物保护素,能够显著抑制多种病原微生物的生长。利用VIGS抑制棉花幼苗内源褪黑素的合成,抑制棉酚对黄萎病菌入侵的响应,棉花幼苗棉酚含量下降,使其对黄萎病菌抗性减弱。外施褪黑素可使VIGS基因沉默株系能够恢复甲瓦龙酸和棉酚合成通路对黄萎病菌的响应。因此,褪黑素可以通过调控甲瓦龙酸和棉酚合成通路,提高诱导生理生化抗性,提高棉花对黄萎病菌的抗性。