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水杨酸甲酯(MeSA)是一种重要的胞内信号分子,目前对MeSA的研究主要集中在其作为激素介导对环境胁迫抗性及系统获得性抗性(SAR)等方面,取得了一定的进展,但机理方面的问题都还处于探讨之中。本文以模式植物拟南芥及其原生质体为实验材料,结合激光共聚焦显微镜及流式细胞仪等技术,探讨了MeSA诱导程序性细胞死亡(PCD)的机制。通过MeSA预处理烟草种子及病原菌侵染烟草幼苗等方法研究了MeSA对植株抗性的影响。主要结果如下:
(1)MeSA在拟南芥中具有PCD诱导效应。外源MeSA处理使拟南芥原生质体的细胞核发生明显变化:荧光显微镜的结果显示MeSA处理的原生质体细胞核出现固缩；透射电子显微镜的结果显示细胞核的染色质固缩、断裂并沿核膜分布；MeSA处理叶片的DNA发生梯状断裂。这些都是PCD的典型特征,表明MeSA能够诱导拟南芥细胞发生PCD。此外,MeSA还可诱导拟南芥原生质体产生自噬性小泡。
(2)MeSA在拟南芥中的PCD诱导效应与活性氧(ROS)的累积与水杨酸(SA)有关。激光共聚焦的结果显示,在MeSA处理拟南芥原生质体过程中有ROS的积累,先加入抗坏血酸(AsA)或过氧化氢酶(CAT)预处理,与未预处理组相比原生质体的死亡率降低；转nahG基因的NahG植株中,SA被转化为无活性的儿茶酚,用MeSA处理时,与野生型拟南芥植株相比其ROS积累量少。
(3)致病性病原菌(Pst DC3000)及转入无毒基因Rps4的非致病性病原菌[Pst DC3000(avrRps4)]在烟草中均能诱导超敏反应(HR),Pst DC3000在烟草悬浮细胞中能诱导产生自噬性小泡。
(4)MeSA预处理烟草种子,能提高植株的抗性,缓解病原菌对植株造成的伤害。MS培养基中加入终浓度为1μM的MeSA,烟草幼苗与对照相比,叶片大且绿,生长状况较好,RT-PCR的结果显示MeSA预处理调动了植株内抗性基因PR1与PR2的表达；以病原菌侵染MeSA预处理苗与普通苗,MeSA预处理苗表现出更强的抗性。
我们的结果显示,MeSA能在拟南芥中诱导PCD发生,为MeSA作为信号分子调节植株体的机理提供一定的理论参考。MeSA预处理烟草种子能提高植株抗性,与实际应用联系紧密,为MeSA在应用方面的研究提供一定依据。