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分类号:Q945.8授予学位单位代码:10434

研究生学号:S00024

山东农业大学

硕士学位论文

HarpinXoo诱发植物过敏反应和抗病性信号传导解析

MolecularandTransgenicDissectionofHarpinXooSignaling

inPlantHypersensitivityandPathogenDefense

研究生:刘爱新学科专业:植物病理学研究方向:分子植物病理学学院:植物保护学院指导教师:李多川教授

年月日

封面2

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日期:

符号说明

ACC(acc):1-aminocyclopropane-1-carboxylicacid,乙烯前体

acd:acceleratecelldeath,细胞死亡加速突变体

AOX:alternativeoxidase,交替氧化酶

r:irulence,无毒基因

bp:basepair,碱基对

CARD:caspaserecruitmentdomain,Caspase应召功能域(使caspase

接收信号而进入某一信号传导链的结构域)

Caspase:cystein-dependentaspirateproteases,半胱氨酸蛋白酶

CAT:catalase,过氧化氢酶

CC:coiledcoildomain,卷曲结构域

ChtA:acidchitinasegene,酸性几丁质酶基因

ChtB:basicchitinasegene,碱性几丁质酶基因

coi1:coronatine-insensitive,冠缨碱不敏感突变体

COI1:茉莉酸信号通路的正向调控蛋白,具有抑制转录因子的作用

COIl:编码COIl的基因

cpr:constitutivePRgeneexpressor,组成性表达PR基因的突变体

CTAB:hexadecyltrimethylammoniumbromide,溴化十六烷基三胺

ctr1:constitutivetriplerespionse1,组成性表现乙烯反应的突变体

CTRl/CTR1:负调控乙烯信号通路的蛋白/基因

CytC:cytochromec,细胞色素c

DAB:diaminobenzidine,对二氨基联苯胺

DAPI:4,6-Diamidine-2-phenylindoledihydrochloride,联咪二苯吲哚

DED:deatheffectordomain,死亡效应结构域

DEG:domainforenhancedgrowth,促进生长的结构域

DEPC:diethylpyrocarbonate,焦炭酸二乙酯

dnd1:defense,nodeath,组成性表达基因对基因抗病性,但没有细胞坏死的突变体

目录

中文摘 要Ⅰ

英文摘 要Ⅲ

1前言1

1.1植物抗病基因及其介导的抗病性信号传导3

1.1.1抗病基因的结构与功能4

1.1.2抗病基因-无毒基因互作机理和警卫检测说

1.2植物抗病防卫反应的基本信号通路12

1.2.1水扬酸信号传导通路

1.2.2乙烯和茉莉酸信号传导通路

1.3植物病原细菌的harpins及在植物上的作用

1.3.1植物病原细菌的致病岛和hrp基因簇

2材料与方法

2.1

2.1.1

2.2

2.2.1

3结果与分析

3.1

4讨论

4.1

4.1.1

4.2

5结论

5.1

6参考文献

7附录

8致谢

9攻读学位期间发表论文情况

中文摘 要

植物使用不同的信号通路控制对不同类型病原物的抗性.由水杨酸(salicylicacid,SA病原物等因子诱导的HCD与程序化的细胞死亡(programmedcelldeath,PCD)发生机制相似,可引发细胞核形态的变化,基因组DNA的断裂,信号分子的积累等典型反应.为明确harpinXoo诱导的烟草HCD是否具有PCD的特征,我们从以下几方面进行了研究.

关 键 词:harpinXoo,过敏性细胞死亡,抗病防卫反应,信号传导

MolecularandTransgenicDissectionofHarpinXooSignalinginPlantHypersensitivityandPathogenDefense

Abstract

Plantsdefendthemselvesagainstdifferentpathogensbyactivatingdistinctsignaltransductionpathways.Basaldefensepathwaysleadingtonon-specificresistancetodifferentcategoriesofpathogensaremediatedbyplanthormonessalicylicacid(SA),jaonates(JA)andethylene(ET).Thesepathwaysoftencross-talkonetoanotherandwithpathwayorinsectresistance,plantgrowthanddevelopmentinresponsetostimulationsbydifferentexogenoussignals.Thecross-talkrequireodulationbyponentsthatcanregulatedifferentpathways.

HarpinsareagroupofproteinouselicitorsproducedbyGram-negative(G-)plantpathogenicbacteriaandarerequiredforinductionofthehypersensitiveresponse(HR)innon-hostofthebacteria.TheysharesomemoncharacteristicssuchasrichinGlycine,containingnoCysteine,heat-stableandsensitivetoprotease.GenesencodingharpinshebeenclonedfrommostG-bacteriaandharpinswithbiologicalfunctionsareexpressedinE.coli.HarpinXoointhisstudyhasbeenidentifiedrecentlyfromaJapanesestrainofXanthomonasoryzaepv.oryzaeandexpressedinE.coliBL21.Itshowedsomespecialpropertiessuchashingallmolecularweight,containingCysteineect.ApplicationofharpinXootomanyplantscanenhanceplantgrowth,induceresistancetopathogensandinsects.HowharpinXooperformesthosediversefunctionshebeenunclear.

StudiesinthisPh.Dprojectwasaimedtodissectthesignalingpathwayleadingtopathogendefenseandhypersensitivecelldeath(HCD)inducedbyharpinXoo.Twoapproacheswereusedtodeterminesignalingpathwayintwoplantspecies.ThefirstapproachistheassaysofplantstreatedwithharpinXooforsignalingevents.ThesecondapproachistotestdiseaseresistanceandsignalingoftransgenictomatoplantsexpressinghrfAXoo.TobaccoandtomatoplantssprayedwithharpinXoocanenhancediseaseresistancetoTMVandPseudomonassyringaepv.tomatorespectively.TobaccoplantsinfiltratedwithharpinXooheshowedpropertiesofPCD(programmedcelldeath)butithasnotintoma

Keywords:HarpinXoo,Signaling,PathogenResistance,Hypersensitivity

前言

植物借助不同的信号传导途径发展对病原物的抗性,整个抗病过程大致分为3个环节:信号识别-信号传导激活防卫反应.

信号识别是抗病防卫的开始,由植物抗病基因(resistance,R)介导的小种专化抗性通过R蛋白特定功能域与病原物无毒基因(irulent,r)产物以受体(recep-tor)-配体(ligand)模式发生分子识别,引发后续的信号传导,激活抗病反应.但已克隆的40多个R基因中能直接与Avr发生识别的却是少数,有些R-Avr识别还需要其它蛋白的参与,如番茄Pto与AvrPto识别需要另一种蛋白Prf.根据"警卫学说",R-Avr互作存在多种形式,R-Avr的直接或间接识别引发植物在病原侵染点周围的局部抗病反应和过敏性细胞死亡(hypersensitivecelldeath,HCD),导致小种专化抗病性(张华等,2001).

植物抗病防卫信号传导是继识别后的重要事件,借助"转录重新编程(transcri-ptionalreprogramming)"机制,通过操纵信号调控因子的"重新列队",把某些在不同信号通路中起作用的因子召集到抗病防卫信号传导链上,"各就各位"发挥作用,并通过转录调控激活多种防卫反应.

植物体内存在不同的信号传导通路,由R-Avr识别引发的抗病性信号传导常伴有过敏性细胞死亡,但对HCD与抗病性的关系及HCD的发生机理目前仍不十分清楚.HCD与抗病防卫通路可以同时被启动,或彼此独立或在某些环节上交叉.R-Avr的识别除引发特异抗性外,还可诱发非特异抗病反应.植物非特异抗病信号传导由水杨酸(Sali-cylicacid,SA),茉莉酸,乙烯等激素介导,具有保守性,广谱性(非专化性)和多源性,它可被多种因子系统性地诱导,产生针对不同类型病原物的抗性,因此被称为抗病防卫基本信号通路.

信号通路在有些环节上可以相互交叉而形成复杂的信号传导网络.信号通路间的交叉对话(cross-talking)是生物细胞协调,平衡生长发育的重要手段,也是生物高效应对外界刺激的一种精密机制(Lewinetal.,2000,Twymanetal.,1998).已有不少在交叉点上起作用的通调基因得到鉴定,但只有部分基因被克隆并对其功能进行了研究.如NDR1和EDS1可以调控多种R基因的功能(Aartsetal.,1998,Parkeretal.,2001),NPR1则是SA和乙烯通路中的交叉点(Clarkeetal.,2000).据推测,植物抗病防卫通路还存在其它尚未鉴定的通调基因,这些基因可能数目并不庞大,但数目

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表12不同年代玉米杂交种亲本植株的氮素运转

TableNitrogentranslationofmaizehybridsparentsreleasedindifferentyears

年代

Times氮量

Naccumulationamount(g·plant-1)转移量

Transportation

Amount(g)输出率

Transportation

efficiency

(%)贡献率

Contribution

rate

(%)氮利用效率

Nutilization

efficiency

(NUE)氮收获指数

Nharvest

index

(NHI)2000s1.820.46a0.320.3145.64a0.57a1980s1.71b0.43b0.320.3445.88a0.55b1960s1.57c0.37c0.300.3544.76a0.54c*每列中字母相同者表示差异未达显着水平(P(0.05),字母不同者表示差异达显着水平(P(0.05).

Thesamealphabetsinrightsideofthesamelistshownosignificance(P(0.05),onthecontrary,hingsignificance(P(0.05).