水杨酸和高温对RNA沉默影响的初步研究

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RNA沉默是在真核生物中发现的一种序列特异的转录后基因失活机制,有研究表明,高温增强病毒及转基因诱导的RNA沉默,水杨酸也与RNA沉默介导的病毒抗性有关。但具体的影响机制还不清楚。本研究利用烟草材料,探讨了瞬时侵染介导的RNA沉默、病毒介导的RNA沉默受温度和水杨酸的影响及其相互关系,具体研究结果如下:(1)农杆菌瞬时侵染试验表明,高温及水杨酸均能促进瞬时侵染介导的RNA沉默。当培养温度为30℃时,野生型三生烟侵染后第5天,侵染区GFP完全沉默,而24℃培养条件下,侵染后第5天,侵染区仍有GFP荧光。NahG转基因植株30℃,侵染后5天仍有微弱GFP荧光,24℃检测到的GFP荧光也强于野生型植株。NahG为水杨酸(SA)羟化酶基因,SA羟化酶催化SA成儿茶酚,使NahG转基因植株体内SA水平大大低于野生型植株,因此推测NahG转基因植株RNA沉默程度降低很可能与SA减少有关,而体外喷施SA的实验也证明水杨酸的确能促进瞬时侵染介导的RNA沉默。为了研究高温、水杨酸对RNA沉默的影响机制,我们通过荧光定量PCR检测了5种SA诱导的抗病相关基因AOX1、RDR1、PR1a、PR2和PR1b表达水平,结果表明,在RNA沉默程度最高的30℃处理野生型三生烟中,这5种基因的表达量明显高于24℃处理野生型和30℃处理NahG转基因等低沉默程度的植株。这说明高温对5种抗病基因的诱导是通过影响SA实现的,RNA沉默与水杨酸介导的SAR防御反应均受高温激发,两种防御途径可能存在交叉互作,有研究表明,高温处理会使植物叶片中自由态SA含量迅速升高,因此推测高温可能通过提高SA水平进而促进RNA沉默。(2)PVX病毒接种试验表明,高温及水杨酸均能促进病毒诱导的RNA沉默。PVX接种烟草叶片14天后观察,24℃处理植株出现明显症状,30℃处理植株不发病,而24℃、30℃处理NahG转基因植株均表现为整株系统感病,而且24℃处理下的NahG转基因接种植株发病程度及病毒含量均高于野生型植株。这说明高温能促进抗病毒RNA沉默,而通过转NahG基因降低了植株内SA水平时,高温便不能有效激活抗病毒RNA沉默。综上所述,SA可能在诱导RNA沉默中起关键作用,且位于高温响应的下游,一旦SA合成途径受干扰或被阻断,高温促进RNA沉默的作用便会受影响。为了进一步探讨温度、水杨酸对病毒诱导的RNA沉默的影响机制,我们通过荧光定量PCR检测了5种SA诱导的抗病相关基因AOX1、RDR1、PR1a、PR2和PR1b,结果表明,AOX1、PR1a、PR2和PR1b在发病最严重的24℃处理下的NahG转基因接种植株中表达量高于30℃处理下的NahG转基因接种植株,野生型植株中4种基因的表达量24℃处理高于30℃处理,而RDR1的表达量各处理间没有明显差异。这表明AOX1、PR1a、PR2和PR1b可能受PVX病毒直接诱导,而不受RNA沉默程度影响。(3)为了研究沉默增强过程中涉及的植物相关基因,对高温及水杨酸处理的瞬时侵染本生烟材料进行了转录组测序分析,结果表明,高温、水杨酸处理与对照的差异表达基因数分别为601个和14个,其中共有差异表达基因为5个,高温处理与对照相比,有上调基因363个,下调基因238个;水杨酸处理与对照相比,上调基因7个,下调基因7个,涉及基因较少,上下调程度也较低。我们利用qRT-PCR的方法检测了4个高温处理上调基因comp42463_c0,comp40795_c0,comp44509_c0及comp46958_c0,其log2变化倍数分别为3.5851,2.1887,2.4862及2.3758。4个水杨酸处理上调基因comp62975_c0,comp30068_c0,comp61011_c0及comp40205_c0,其log2变化倍数分别为2.8046,1.9292,1.1253及1.0992的表达量,结果与测序结果基本一致,表明转录组测序结果是可靠的。其中comp46958_c0为脯氨酸丰富蛋白,在胁迫条件下,许多植物体内脯氨酸大量积累,它在稳定生物大分子结构、降低细胞酸性、解除氨毒等方面起重要作用。comp62975_c0为推测的非特异性脂质转运蛋白,被认为可能与蜡质合成与运输、抗逆、抗病以及生殖发育等重要生理过程有关。另外,高温处理材料富集了很多与光合途径有关的基因,说明高温可能影响光合途径,而高温增强的RNA沉默与光合途径之间是否存在联系还需进一步研究。
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