外源NO对番茄黄化曲叶病毒病抗性的诱导及转录组分析

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番茄(solanum lycopersicum)是目前世界范围内广泛种植的第二大蔬菜作物,因其富含各类营养物质、抗氧化能力强且食用方式多样,被营养学家广泛关注。然而番茄黄化曲叶病(TYLCVD)作为十大植物病毒中破坏力最强的病毒,严重制约了番茄的种植及其产业链的发展。因此,研究TYLCVD的危害、抗病机制及寻找提高番茄抗性的措施对番茄种植与病害造成的生产制约具有重大意义。一氧化氮是植物重要的易扩散气态信号分子,在植物生长、生物及非生物胁迫中均有积极的作用。目前,有关NO诱导生物胁迫的研究多停留在生理水平,而NO在诱导TYLCVD上的研究更是知之甚少。故而本研究采用生理生化方法、病理学方法及转录组测序技术,以敏感材料金鹏1号与弱抗材料822为研究材料,研究了外源NO对TYLCVD的防治效果及对感病植株表型性状、生理响应及转录组水平的影响,得到如下结果:1.表型分析表明,2番茄材料(敏感材料金鹏1号与弱抗材料822)接种病毒后,均出现典型的TYLCVD症状,株高降低了38.97%(金鹏1号)、生物量也降低、生长缓慢、茎间距显著缩短、新叶叶片变小并边缘黄化,使番茄趋于横向生长,并且TYLCV对金鹏1号的危害大于822。而外源NO均可显著缓解2番茄材料的病情,使株高、根长及生物量均增加,延迟发病时间,缓解感病植株的横向生长,敏感材料金鹏1号相对防效高达44.0%。2.生理特性分析表明,金鹏1号中,外源NO可缓解感病植株中MDA、胞间CO2的积累,提高SOD、POD活性、叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度,恢复APX、PAL、PPO、CAT活性以及总酚与类黄酮含量,并使荧光参数Fo与Fm也接近于未接病植株,而Fv/Fm无明显变化;822材料各生理指标变化趋势与金鹏1号类似,除PPO、APX、SOD、胞间CO2浓度、总酚和类黄酮以外。总之,外源NO改善了感病植株的光合作用,增加了抗性酶活性;在金鹏1号中外源NO通过促进POD与SOD活性增强耐病性,而在822中通过促进POD、PPO、APX活性及总酚与类黄酮含量使番茄抗病性增强,其中POD在2材料中均被NO诱导升高,分别升高了20.38%与130.48%。3.转录组解析表明,敏感材料金鹏1号接种TYLCV后共有3181个差异表达基因,其中2562个上调,619个下调;而外源NO诱导感病植株与非诱导植株共产生968个差异表达基因,其中321个上调,647个下调。外源NO通过诱导抗性蛋白(PR1B1,STH-2,At4g33300)、木质素合成(PER70,PER51,PER52)、脂肪酸延长(At3g45770,KCS11)、单萜类合成(MNR1,TPS3)、肽酶抑制剂、光合作用(PSBW,PSAO,CAB4,LHCA5)和抗氧化酶(SODCC.5,pod)相关基因的高水平表达可能参与到番茄对TYLCVD的抗病过程,其中肽酶抑制剂相关差异基因全部上调表达(总计13个),上调倍数在2.11-27.99倍之间。番茄抗性增强的主要机制为:外源NO诱导了番茄叶片中肽酶抑制剂活性的升高,使病毒源蛋白酶活性被抑制,病毒C1、C2、C4、V1和V2基因复制下降,外壳蛋白合成原料减少,使病毒含量降低71.4%,从而一定程度上提高番茄耐病性。
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