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近30年来我国设施园艺取得了快速发展,在保障蔬菜供给,提高国民健康等方面发挥了重要作用。然而,由于长期连作和过量施用化学投入品,导致设施土壤土传病虫害和重金属污染问题日趋严重,直接威胁着我国设施园艺的可持续发展和农产品安全。因此,研究并寻求克服设施土壤连作障碍及污染的有效方法,对我国设施园艺的发展,具有重要的现实和科学意义。E3泛素连接酶是组成泛素—蛋白酶体(UPS)降解系统的关键酶之一,广泛参与了植物生长发育与逆境响应的各个进程。本文研究了E3泛素连接酶CTI1(CSN-Interacting-Protein 1)介导番茄对南方根结线虫(Meloidogyne incognita)的抗性机制;并初步揭示了E3泛素连接酶RHE(Root-High-Expression Protein)在番茄镉胁迫抗性中的重要功能。主要研究结果如下:1)发现RING家族E3泛素连接酶CTI1(Solyc01g105620)介导番茄对RKN(Root-Knot Nematode)的抗性机制。当RKN侵染番茄根系后,番茄根系中E3泛素连接酶CTI1的基因表达被迅速诱导。利用CRISPR/Cas9技术得到的CTI1基因敲除突变体cti1相较于野生型(WT)表现出对RKN的敏感性,而CTI1过表达株系对RKN的抗性增强。RKN处理后,cti1植株中茉莉酸(JA)、茉莉酸-异亮氨酸结合物(JA-Ile)的含量和JA相关基因的表达低于WT植株,而过表达植株中JA、JA-Ile的含量和JA相关基因的表达高于WT植株,表明CTI1通过JA途径调控番茄RKN抗性。此外,通过双分子荧光互补(BiFC)和蛋白质免疫共沉淀(Co-IP)实验,我们发现CTI1与COP9信号复合体亚基CSN4和CSN5A分别在体内和体外相互作用。这些结果表明,E3泛素连接酶CTI1通过激活茉莉酸信号通路,与COP9复合物互作,参与番茄RKN的基础抗性。2)发现COP9信号复合体亚基CSN4和CSN5A介导RKN抗性的机制。RKN侵染后能迅速诱导番茄根系中CSN4和CSN5的基因表达与蛋白积累。利用病毒诱导的基因沉默技术(VIGS)将CSN4和CSN5基因沉默后植株表现出矮化表型;RKN侵染后,根系中根结数量相较于WT显著增加,细胞膜脂质过氧化程度加重。同时,在CSN4和CSN5基因沉默植株中,JA含量的积累和JA合成和信号相关基因的表达在RKN侵染根系中也受到了明显抑制。此外,蛋白互作实验表明,CSN4和CSN5B能与JA抑制因子JAZ2互作,并且CSN4或CSN5基因沉默植株中,RKN诱导的JAZ2表达也受到了抑制。总之,我们的研究结果表明,番茄CSN4和CSN5在依赖于JA信号途径的RKN基础防御中发挥着关键作用。3)发现RING家族E3泛素连接酶RHE(Solyc09g089890)介导番茄镉抗性。通过转录分析,我们发现E3泛素连接酶基因RHE对镉胁迫具有高表达响应。通过构建番茄RHE基因的过量表达和突变体材料发现,在RHE过表达材料中,植株镉抗性相较于WT显著提高,镉积累显著减少,同时20S蛋白酶体活性显著增加;而rhe突变体正好表现出相反的表型。与此同时,RHE过表达植株中镉胁迫介导的活性氧(ROS)积累得到抑制,并且植株抗氧化酶活性较高。而rhe突变体植株中镉胁迫下ROS积累和损失程度显著高于对照,抗氧化酶活性受到抑制。此外,与WT相比,RHE过表达植株中的镉累积量有所下降,rhe突变体植株中镉累积量显著增加,这可能是由于Calcium/proton exchanger 3(CAX3)、Iron transporter protein 1(IRT1)、Heavy-metal-translocating ATPase(HMA)在RHE过表达植株和在rhe突变体的表达差异有关。总之,RHE过表达植株增强镉耐受性很可能是通过Ub/26S蛋白酶体清除镉破坏的蛋白和增加抗氧化酶的活性减少氧化应激来实现的;RHE过表达植株低镉累积量可能归因于CAX3的高表达,IRT1和HMA-A/B的低表达。基于以上的实验结果,得到结论如下:1)番茄RING家族E3泛素连接酶CTI1正调控对南方根结线虫的抗性,通过与COP9信号复合体亚基CSN4和CSN5A互作调控RKN介导的JA信号;COP9信号复合体亚基CSN4和CSN5A是RKN侵染后JA合成和信号通路所必需的,且JAZ2与COP9信号复合体亚基CSN4/CSN5B互作参与CSN介导的RKN抗性。2)番茄E3泛素连接酶RHE通过提高26S蛋白酶体活性和抗氧化酶活性调控镉胁迫抗性,并受镉转运相关基因表达的影响。