原核表达产物TDP诱导烟草抗TMV的组学分析

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fongyifei
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烟草花叶病毒(Tobacco Mosaic virus,TMV)宿主范围广,传染性强,造成严重的经济损失。农药依然是目前田间防治TMV的主要方法,但化学农药的滥用可能带来生态安全问题,因此开发环境友好的抗病毒生物农药具有重要意义。生物活性蛋白TDP来自于金针菇(Flammulina velutipes),体外喷施能使烟草植株抗病防御酶活性提高,并能抑制TMV在植株体内的增殖。相对于野生型烟草,转FTX271(TDP是FTX前体物质)烟草被病毒感染后表现出花叶症状减轻和延迟的现象。TDP蛋白具有开发成抗病毒生物农药的潜力,但是其抗病毒机制还需要进一步的研究。本实验利用原核系统诱导表达TDP,其浓度可达484.126μg/m L。施用蛋白后摩擦接种TMV,通过q RT-PCR比较烟草不同时间抗性相关基因的表达情况,结合转录组和蛋白质组学分析,探索TDP诱导普通烟(Nicotiana tabacum)K326抗TMV的分子机制。将TDP蛋白通过无针注射器注入普通烟K326叶片的背面,以PBS作为对照,在72 h后观察到注射部位周围组织坏死,因此TDP能引起普通烟的过敏反应(Hypersensitive response,HR)。其后设置4个不同处理组:喷施清水(1 m L)的健康烟草(CK);喷施TDP(250μg/m L,1 m L)的健康烟草(T);喷施清水24 h后接种TMV(CV);喷施TDP(250μg/m L,1 m L)24 h后接种TMV(TV)。通过q RT-PCR分析抗病防御基因的表达情况,结果表明TDP蛋白可以诱导编码非病原相关蛋白(Nonexpressor of pathogenesis related protein 1,NPR1)、酸性病原相关蛋白(Acid pathogenesis related protein 1,PR1a)、苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonialyase,PAL)、碱性病原相关蛋白(Basic pathogenesis related protein 1,PR1b)的基因上调表达。TV组中在病毒侵染后第五天NPR1和PR1a的表达量达到了CV组的5.4和11.7倍。TMV-CP定量结果表明TDP蛋白在病毒侵染后第1-7d内能显著抑制TMV的增殖(P<0.01),烟草花叶症状减轻,推测TDP能激活水杨酸(SA)途径介导的系统诱导抗性。药物施用后第7 d采集不同处理的叶片进行转录组和蛋白组分析,结果如下:1.转录组测序结果表明,CK/CV、TV/CK、TV/CV分别筛选出1777、3149、2091个差异基因(Qvalue≤0.001)。在TV/CK及TV/CV组,编码病原相关蛋白(pathogenesis related protein,PR)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)、萜烯环化酶(5-epiaristolochene synthase)、多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)的基因显著上调,谷胱甘肽代谢、异黄酮和类固醇的生物合成、促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路等通路均显著变化(P value<0.05);在CV组,光合作用代谢通路相对CK显著下调,TV组相对于CK光合作用代谢通路也显著下调,但相对于CV,则显著上调。以上结果表明TDP可在一定程度上修复TMV感染引起的光合作用损伤,并激活MAPK和水杨酸(SA)等植物抗病相关通路调控PR蛋白的表达,最终诱导烟草产生系统抗性。2.4D-LFQ定量蛋白质组学分析结果表明,CV/CK、TV/CK、TV/CV分别筛选出1190、894、478种差异蛋白(P value<0.05)。TDP处理后,两种与植物抗病相关代谢途径,即角质、软木脂和蜡的生物合成、以及倍半萜和三萜合成显著富集。与CV相比,TV组中几丁质酶、PAL、硫胺素合成酶(Thiamine synthase,THI)、过氧化氢酶、细胞色素P450上调表达。3.转录和蛋白关联分析结果表明,共有7456个基因和蛋白相关联,包括8种调控模式。对表达趋势相同的差异基因和蛋白进行KEGG分析,TDP蛋白诱导后苯丙烷途径中细胞色素P450(Cytochrome P450,CYP450)、几丁质酶(Chitinase,CHI)、PAL的表达量显著升高(P value<0.05);黄酮类、查尔酮等增强烟草的防御能力的苯丙烷衍生物同样被诱导表达;还鉴定到了与修复光合作用相关的硫氧还超家族蛋白(Thioredoxin superfamily protein,THr),说明TDP蛋白可能通过THr的上调表达修复TMV对光合作用的影响。TDP蛋白激活NPR1和PRs介导的水杨酸信号通路,引起CAT、PR、PAL的表达量升高;TDP蛋白诱导叶绿体中的硫氧还蛋白表达,硫氧还蛋白对TMV感染烟草造成的光合作用损伤具有一定的修复作用,并协同CAT清除细胞中的过氧化氢;在水杨酸和活性氧的作用下,细胞产生HR信号;CYP450与PAL共同促进苯丙氨酸代谢,CHI的上调说明黄酮类次生代谢产物的合成增多。综合以上结果,烟草在TDP的作用下产生SAR,抑制了病毒的侵染,使烟草花叶症状减轻,为TDP蛋白的施用提供理论依据。
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