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番茄细菌性疮痂病,由Xanthomnas euvesicatoria(X.e.)引起,是目前世界上在番茄及辣椒上普遍发生的一种病害。该病主要危害植物的花叶以及果实,致使其出现落花、落果等病症。当昼夜温度高且湿度大时,可造成60%以上减产甚至绝产,严重影响了番茄的产量和品质。Harpin蛋白是指来源于革兰氏阴性病原细菌的一类由hrp基因编码的水溶性蛋白,具有的典型结构和生物学特征:富含甘氨酸(Gly),不含半胱氨酸(Cys),热稳定,对蛋白质酶敏感,能在非寄主植物烟草上引起过敏性反应。Harpin蛋白可以通过诱导植物系统获得抗病性,控制植物病害。此外,Harpin蛋白还具有抗虫,抗旱,促进植物生长的功能。但是,Harpin蛋白如何控制植物病害的早期作用机理目前仍不清楚。PopW蛋白是实验室从青枯劳尔氏菌(Ralstonia solanaearu)ZJ3721得到的一种Harpin蛋白。前期发现PopW蛋白对多种作物以及多种病害,例如Fulvia fulva引起的番茄叶霉病,Tobacco mosaic virus(TMV)引起的烟草花叶病毒病,Ustilaginoidea virens引起的水稻稻曲病,Pseuudoperaonospora cubnsis引起的黄瓜霜霉病,均具有较好的防治作用,被认为是一种广谱的抗病蛋白。通过相关基因转录水平的检测,推测PopW蛋白可能参与水杨酸(salicylic acid,SA)信号通路诱导的植物抗病性,表明PopW蛋白作为获得性抗性诱导子在生物防治中起到重要作用。本实验研究发现,激发子PopW蛋白可以提高植物的抗病性,对番茄疮痂病的防治效果可以达到50%以上。50 mg/L PopW蛋白喷雾处理番茄叶片5 d后接种病原菌X.e.,发现处理4 d后X.e.的定殖能力相对单独接种X.e.显著降低。细胞水平上,PopW蛋白能显著提高活性氧的爆发以及胼脈沉积。随着在细胞水平的表型变化,一些PTI(PAMP—triggered immunity)途径有关的基因(PT15,LRR22,GRAS2 的基因表达水平受PopW调控后显著提升。上述结果显示,Harpin蛋白可以作为PAMP因子诱导番茄早期免疫反应抵抗X.e.的早期侵染。植物伤口和气孔是病原菌X.e.侵染番茄的主要途径。气孔免疫是植物PTI反应之一,也是植物抵抗病原细菌侵入的关键。研究发现X.e.可以诱导植物气孔张开,popW蛋白可以诱导植物气孔关闭;PopW蛋白与X.e.共处理后,PopW蛋白可以阻碍X.e.诱导的气孔张开。PopW蛋白处理番茄可诱导番茄叶片气孔关闭持续12 h以上,当PopW处理5d后,挑战接种X.e.,PopW蛋白再次激发番茄叶片气孔关闭,此次气孔关闭持续48 h以上。对信号分子ABA分析结果显示,PopW蛋白处理后能显著增加番茄叶片内ABA的含量,提高ABA信号相关基因(CYP707A1、ABF4)的表达。ABA诱导气孔信号通路的抑制剂—butyrate或K252a可以阻止PopW蛋白诱导的气孔关闭和番茄叶部内源ABA含量的增加。上述结果显示,PopW可诱导植物气孔免疫抵抗X.e.的早期侵染,ABA信号是PopW蛋白诱导植物气孔关闭所必需的。本实验研究首次明确harpin蛋白PopW可以作为PAMP因子诱导植物PTI,调控植物气孔关闭阻碍病原菌X.e.侵入寄主细胞,降低病原菌X.e.在番茄叶部的定殖。