番茄中茉莉酸与其他激素信号的相互作用研究

论文摘要

番茄（Solanum lycopersicum）是最重要的蔬菜作物之一,随着番茄遗传学研究和国际茄科基因组计划（International Solanaceae Genomics Project,SOL）的发展,番茄已成为研究植物激素相互作用的理想模式植物。茉莉酸（jasmonic acid,JA）作为一种新型的植物内源激素,既是植物生长发育的调节因子,又在植物对逆境的适应性中发挥重要作用,因而受到研究者广泛的关注。本文以转基因番茄和激素相关突变体为试材,研究了番茄中系统素/茉莉酸（systemin/JA）与油菜素甾醇类（Brassinostsroids,BRs）信号转导途径的相互作用,并研究了JA与其他激素途径在茎枯病抗性以及AAL-toxin诱导的细胞程序化死亡（prograrnmedcell death,PCD）中的作用。所取得的主要结果如下:1、建立了番茄转基因体系,将拟南芥中BR信号转导组分基因bzr1和bes1转入番茄中。通过PCR检测共获得5株bzr1和3株bes1阳性植株,RT-PCR分析表明,阳性植株中均有目的基因的表达。转基因植株均能正常生长结实,对获得的转基因后代进行遗传特性分析,结果表明3个bzr1转基因株系和1个bes1转基因株系中Kan抗性植株与敏感植株分离比符合3:1,表明这3个bzr1株系是单拷贝插入,1个bes1株系是单拷贝。2、以bzr1转基因植株为材料,对BR反应进行了分析。结果显示,在光照和黑暗条件下,BR处理转基因植株后下胚轴和根长度的变化与野生型变化一致,但是转基因植株中提高了BR生物合成基因Dwarf以及BR调节基因LeBR1的表达。MeJA处理dx,bzr1转基因植株以及野生型后,JA响应基因PI-Ⅱ的表达变化一致。与对照中蔬四号相比,bzr1转基因植株中JA生物合成基因（LOXD,OPR3和AOS2）的表达也没有明显差异。光照条件下,不同浓度的BL处理systemin/JA突变体（spr1,spr2和def1）及其野生型后,其根长变化趋势一致。黑暗条件下,BL及其抑制剂BRZ处理systemin/JA突变体（spr1,spr2和def1）后,其根和下胚轴长度变化与野生型相比没有明显差异。10-7M的BL处理systemin/JA突变体后分析了BR调节基因Dwarf和LeBR1的表达,结果显示,与野生型相比,突变体中BR调节基因表达变化一致。以上结果表明,systenmin/JA伤信号与BR被膜受体感知后,在细胞质中的转导途径之间可能没有相互作用,而是拥有完全不同的下游组分来调节基因的表达和特定的生理反应。3、利用JA突变体（spr2,def1和jai1）,研究了JA生物合成和信号转导途径在番茄对链格孢菌（Alternaria alternata f.sp.lycopersici,AAL）引起的茎枯病的抗性中的作用机制。结果表明,JA能够提高番茄对茎枯病的抗性,但JA受体COI1对AAL感病是必需的。利用qRT-PCR分析了AAL真菌侵染jai1及其野生型后JA生物合成酶基因（LOXD和AOS2）以及水杨酸（Salicylic acid,SA）生物合成（PAL）和信号转导途径基因（LeNPR1和PR基因）的表达,结果表明:jail提高对AAL的抗性并不是由于提高了JA含量,也不是由于增强了SA的生物合成和信号转导途径。利用乙烯抑制剂1-MCP和乙烯过量产生突变体Epi,分析了乙烯在茎枯病抗性中的作用,结果表明乙烯提高了对AAL真菌的敏感性。利用qRT-PCR分析了AAL侵染jail及野生型后乙烯生物合成（LeACO1和LeACS4）及信号转导途径中一些基因（LeETR1,LeETR3和ERF1）的表达,结果显示:与野生型相比,AAL真菌侵染jail后明显抑制了乙烯生物合成和信号转导途径。在以上研究基础上提出了JA、SA及乙烯“对话”（cross-talk）在番茄对链格孢菌抗性中的作用的模式图。4、利用JA突变体（spr2,def1和jai1）,研究了JA生物合成和信号转导途径在AAL-toxin诱导的细胞程序化死亡中的作用。结果表明,JA缺失突变体（spr2和defl）增强了AAL-toxin诱导的PCD,而JA非敏感突变体jail降低了AAL-toxin诱导的PCD。研究了SA和乙烯在AAL-toxin诱导的PCD中的作用,结果显示,SA抑制而乙烯促进AAL-toxin诱导的PCD。基因表达结果表明,jai1降低PCD并非是通过提高SA途径来实现的,可能与乙烯反应以及过氧化氢的代谢有关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 茉莉酸生物合成及信号转导途径
• 1.1.1 茉莉酸生物合成的十八碳烷酸途径及其调控
• 1.1.2 茉莉酸信号转导途径
• 1.1.3 番茄中茉莉酸相关突变体
• 1.2 茉莉酸的生理功能
• 1.2.1 茉莉酸在植物发育中的作用
• 1.2.2 茉莉酸在植物防卫反应中的作用
• 1.3 油菜素甾醇类信号转导途径
• 1.4 油菜素甾醇类与系统素共同受体的发现
• 1.5 茉莉酸与其他激素信号途径的相互作用
• 1.5.1 茉莉酸和水杨酸信号途径的相互作用
• 1.5.2 茉莉酸与乙烯信号途径的相互作用
• 1.6 AAL 真菌与 AAL-toxin
• 1.7 细胞程序化死亡
• 1.7.1 细胞程序化死亡的一般特征和研究方法
• 1.7.2 植物细胞程序化死亡的调控
• 1.8 本研究的目的及其意义
• 2 bzr1和 bes1转基因番茄植株的获得
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 结果
• 2.3.1 番茄再生体系的建立
• 2.3.2 番茄转化体系的建立
• 2.3.3 bzr1和 bes1转基因植株的获得及检测
• 2.3.4 bzr1和 bes1转基因植株后代遗传分析
• 2.4 讨论
• 3 BR 突变体和 bzr1转基因植株的 JA 反应分析及 systemin/JA 突变体的 BR 反应分析
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 植物材料
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果
• 3.3.1 bzr1转基因植株的 BR 响应分析
• 3.3.2 BR 突变体和 bzr1转基因植株的 JA 反应分析
• 3.3.3 systemin/JA 突变体的 BR 反应分析
• 3.3.4 BL 对 JA 生物合成酶基因表达的影响
• 3.4 讨论
• 4 茉莉酸与其他激素相互作用在番茄茎枯病抗性中的作用机理
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 植物材料
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果
• 4.3.1 JA 的生物合成途径在茎枯病抗性中的作用
• 4.3.2 JA 信号转导途径在茎枯病抗性中的作用
• 4.3.3 AAL 真菌侵染 jai1后 SA 生物合成及信号途径相关基因的表达
• 4.3.4 乙烯在茎枯病抗性中的作用
• 4.3.5 jai1降低了乙烯信号转导途径因子基因的表达
• 4.4 讨论
• 5 茉莉酸与其他激素在 AAL-toxin 诱导的 PCD 中的作用
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 试剂配制
• 5.2.2 离体条件下,AAL-Toxin 诱导 PCD 方法
• 5.2.3 AAL-toxin 整体注射处理方法
• 5.2.4 PCD相关指标分析
• 5.2.5 基因表达分析
• 5.3 结果
• 5.3.1 JA 的生物合成途径在 AAL-toxin 诱导的 PCD 中的作用
• 5.3.2 AAL-toxin 诱导 PCD 的过程中诱导了 JA 响应基因的表达
• 5.3.3 JA 信号转导途径在 AAL-toxin 诱导的 PCD 中的作用
• 5.3.4 SA和乙烯在AAL-toixn诱导的PCD中的作用
• 5.3.5 jai1降低 AAL-toxin 诱导的 PCD 不依赖于 SA 途径
• 5.3.6 AAL-toxin 处理 jai1后增强了 ROS 代谢酶 CAT 基因表达
• 5.3.7 AAL-toxin 处理 jai1后抑制了乙烯相关基因表达
• 5.4 讨论
• 6 结论、创新点与后续展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 后续展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间主要的研究成果