草酸在核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)与寄主植物互作中的生物学作用

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核盘菌是属于子囊菌门的一种死体营养病原真菌,寄主植物包括75个科400多个种。核盘菌致病过程中分泌胞壁降解酶类(CWDEs)和草酸。胞壁降解酶类能够破坏细胞结构、降解寄主分子来为自己提供物质营养。草酸的致病功能是多方面的:如调节局部pH以活化pH相应基因和提高CWDEs活性、螯合Ca2+破坏细胞结构及影响Ca2+信号传导、抑制活性氧、毒害作用等等。草酸不仅存在于核盘菌等真菌中,还广泛存在于植物中,但含量随植物不同而有很大差异。现今关于草酸作用机理的研究都偏重于病原物分泌的草酸,忽略了植物内源草酸,不能全面反应草酸在核盘菌与寄主植物互作过程中的实际作用。本研究分析了草酸对核盘菌菌丝生长与致病能力的影响、外源草酸处理对不同内源草酸含量的寄主植物的抗病性诱导作用;并从对激素和活性氧等的影响角度分析了草酸的作用分子机制。获得了以下结果:(1)明确了草酸对核盘菌菌丝生长与致病性的影响。发现菌丝生长与致病能力随菌龄增加而变弱;内部老熟菌丝相比外缘幼嫩菌丝生长和致病能力显著下降。菌丝形态结构的显微观察发现这种差异可能与气生菌丝的生长旺盛程度有关。外施草酸实验发现草酸对核盘菌生长与致病性的影响与其浓度密切相关,10mM以上高浓度显示强烈的抑制作用,暗示了草酸除了作为致病因子外还具有重要的生长调节因子作用。此外核盘菌的生长需要不高于pH5.5的偏酸性环境,过高的pH会抑制其生长与致病能力,草酸的分泌可能在维持pH方面起到一定作用。(2)明确了植物内源草酸或外源处理草酸对植物抗病性的影响。分析了不同内源草酸含量的植物菠菜、烟草、油菜、番茄以及本氏烟对核盘菌的抗病性差异,发现高草酸含量的菠菜抗病,低内源草酸的番茄与本氏烟感病,即内源草酸含量与植物抗病性正相关。外施草酸诱导抗性试验表明,不同植物诱导抗性所需草酸浓度不同,对本氏烟在1mM~10mM,对油菜则在20mM以上,这种对草酸的敏感性差异可能与植物内源草酸含量有关。草酸对植物的作用除了浓度之外还受pH、处理方式等因子影响:接近细胞间隙pH5.5的草酸较pH3.5的草酸诱抗效果好;浸润处理对植物伤害较大,诱抗效果不如喷雾处理。(3)明确了脱落酸、茉莉酸、乙烯、水杨酸、生长素、细胞分裂素、赤霉素、油菜素内酯等植物激素信号通路在植物抗核盘菌方面的调控作用,以及激素与草酸之间的分子互作关系。利用激素突变体研究明确了脱落酸、茉莉酸和乙烯通路在植物核盘菌抗性方面的正调控和水杨酸通路的负调控作用,但通过激素外源处理诱抗发现水杨酸的诱抗作用较强;核盘菌接种拟南芥后植物体内脱落酸、茉莉酸、生长素都有不同程度的上调,水杨酸早期上调后期下调,油菜素内酯下调,细胞分裂素变化不大。10mM草酸浸润处理导致拟南芥体内脱落酸、茉莉酸和水杨酸的含量上调,油菜素内酯下调,这与核盘菌接种后趋势一致:但草酸处理导致生长素与细胞分裂素下调,这与核盘菌接种后趋势不一致。不同pH的草酸处理影响不同,pH5.5的草酸处理导致的激素含量变化较pH3.5的草酸更为明显。激素突变体接种核盘菌前后草酸测定结果表明:各植物激素的含量对植物内源草酸的积累有影响,脱落酸、乙烯、赤霉素合成突变和茉莉酸受体COI1突变体体内源草酸含量高于野生型,水杨酸合成突变体内源草酸含量低于野生型,且内源草酸含量的高低与接种后草酸含量的高低、突变体的感病性表现吻合。草酸处理各拟南芥激素突变体后活性氧检测结果表明,某些激素的改变影响活性氧的积累,但草酸处理不影响各突变体内活性氧的积累。活性氧的积累与脱落酸的含量水平负相关,但与其下游信号通路ABI1、ABI2以及ABI4无关。此外,乙烯过表达突变体eto2-1有活性氧积累,但总的来说其他激素内源水平与信号通路对活性氧的贡献不大。
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