外源DHL(N-decanoyl-homoserine lactone)緩解番茄灰霉病的效應及其生理與分子機制.pdf

1、長期以來，園藝作物受病害的影響巨大，尤其是設施園藝的快速發(fā)展，各種細菌性、病毒性以及真菌性病害的發(fā)展更為猖獗，造成了園藝生產(chǎn)極為嚴重的經(jīng)濟損失，例如病毒性病害的發(fā)生會誘發(fā)植株矮化，葉片皺縮黃化，造成減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)，而細菌性病害的蔓延使葉片黃化并大面積出現(xiàn)壞死病斑，也嚴重影響了園藝產(chǎn)品的品質及產(chǎn)量。而特別要提出的是:真菌病害為已知病害種類中種類最多的病害，約占病害種類的80-90％，癥狀類型也最多，出現(xiàn)在植物的各個部位?；颐共otryti

2、s cinerea即為真菌性病害中極為重要的一種，由灰葡萄孢引起，在低溫高濕環(huán)境下極易發(fā)病，嚴重時導致作物減產(chǎn)甚至絕收。到目前，已經(jīng)有研究表明真菌性病害的發(fā)生，造成水稻、馬鈴薯和番茄等多種經(jīng)濟作物無論是采前還是采后的巨大損失，因此，為防治真菌性病害Botrytis cinerea的發(fā)生及發(fā)展，一些學者研究并發(fā)現(xiàn)了多種調(diào)控手段，例如嫁接、抗性品種篩選、農(nóng)藥施用等，而在園藝生產(chǎn)中應用最為依賴的則還是農(nóng)藥施用手段，但農(nóng)藥施用所造成的環(huán)境污染及

3、對可持續(xù)發(fā)展所帶來的壓力，是不容忽視的嚴重問題，在此情況下，一種環(huán)境友好型的且對Botrytis cinerea的調(diào)控有明顯效果的生物活性分子的發(fā)現(xiàn)及研究，將有極大的意義。而已有研究表明植物根際環(huán)境中由有益的草蘭氏陰性菌產(chǎn)生的脂類物質DHL(N-decanoyl-homoserine lactone)，通過植物根系向上傳導，降低了植物對真菌病害的敏感性。因此，本論文以番茄、擬南芥為對象，研究了正常及CO2加富的條件下，DHL引起的植物對

4、Botrytis cinerea的抗性變化以及信號轉導機制。主要結果如下:
　　1.DHL緩解番茄中真菌性病害Botrytis cinerea的效應
　　在正常CO2濃度環(huán)境下，采用外源使用60μM DHL培養(yǎng)番茄枝條的方法研究DHL處理的番茄中對Botrytis cinerea基礎抗性的變化。結果顯示:DHL處理后的枝條接種灰霉病原菌Botrytis cinerea，與對照相比病斑明顯變小，病斑面積明顯降低。同時DHL處理

5、后，Botrytis cinerea接種番茄系統(tǒng)葉中灰霉Actin的累積比對照水處理下相比明顯減少。表明DHL處理對番茄中真菌性病害Botrytiscinerea的發(fā)生具有緩解效應。同時發(fā)現(xiàn)DHL處理后的番茄枝條在接種Botrytiscinerea后，與未施用DHL的處理相比，體內(nèi)茉莉酸合成基因LOXF表達量提高;JA抗性信號路徑的關鍵基因PI1和PI2的表達量均在DHL處理及Botrytis cinerea接種條件下顯著上調(diào)。而SA路

6、徑元件在DHL處理及Botrytis cinerea接種下均有明顯的降低。因此推測番茄對Botrytis cinerea基礎抗性的提高可能與DHL處理后JA抗性路徑的增強有關。
　　2.DHL提高番茄對Botrytis cinerea的抗性且該效應的發(fā)生依賴JA信號路徑
　　上一章的研究結果推測JA信號路徑在番茄對Botrytis cinerea的抗性中發(fā)揮重要作用，因此本章利用VIGS基因沉默技術分別沉默JA信號路徑關鍵因

7、子PI及SA信號路徑關鍵因子NPR1，從而研究DHL提高番茄對Botrytis cinerea的抗性效應及機制。采用外源施用JA、SA培養(yǎng)離體番茄枝條，并對激素處理后和VIGS基因沉默后的枝條接種Botrytis cinerea的技術進行研究。結果表明JA處理和SA信號路徑的關鍵因子NPR1被沉默的的番茄葉片中Botrytis cinerea的病斑與其他處理相比均明顯減小，且病斑面積也明顯更小，而SA處理的和JA信號路徑關鍵因子PI1，

8、PI2被沉默的番茄葉片則表現(xiàn)出較為嚴重的Botrytis cinerea病害發(fā)生狀況。同時對Botrytis cinerea Actin基因的表達進行檢測，則趨勢與表型一致。后對JA信號路徑的關鍵基因LOXF、PI1、PI2進行研究，發(fā)現(xiàn)外源施用JA極大地促進而施用SA明顯的抑制其基因的表達，而SA信號路徑的關鍵基因NPR1、PR1的表達則恰恰相反，同時PI1，PI2被沉默的番茄植株中NPR1基因表達大幅度上調(diào)，同時，NPR1被沉默的番

9、茄植株中PI1，PI2的基因表達則大幅度上調(diào)。因此JA信號路徑而非SA信號路徑在緩解番茄中真菌性病害Botrytis cinerea中發(fā)揮重要作用，且二者之間存在拮抗作用。
　　在研究番茄中緩解真菌性病害Botrytis cinerea的效應機制的基礎上，利用VIGS基因沉默技術進一步研究番茄DHL效應的發(fā)揮機制。DHL處理番茄TRV∶00枝條后，接種Botrytis cinerea，與水處理對照相比，番茄對真菌性病害Botryt

10、iscinerea的抗性明顯增強。但在TRV∶PI1和TRV∶PI2，即JA信號路徑被破壞的番茄枝條處理中，即使外源施用DHL，番茄對Botrytis cinerea的抗性依舊很弱，尤其在TRV∶PI1中，表現(xiàn)出最嚴重的病害表征。由此可見，DHL能明顯提高番茄對Botrytis cinerea的抗性，且DHL效應的發(fā)生賴于JA信號路徑。
　　3.DHL緩解擬南芥Botrytis cinerea的效應及機制
　　在研究番茄中D

11、HL對真菌病害Botrytis cinerea的效應及機制的基礎上，利用擬南芥中豐富的關于JA、SA信號缺失的突變體來研究，DHL對真菌性病害的抗性效應是否適用于擬南芥中，是否具有廣譜性。利用外源DHL處理JA信號轉導缺失突變體coi1和SA信號缺失突變體npr1的技術開展實驗，結果表明:在野生型中，DHL處理的擬南芥植株較對照表現(xiàn)出對Botrytis cinerea較強的抗性，而在JA信號路徑被破壞的突變體coi1中，即使外源施用DH

12、L處理，植株葉片也表現(xiàn)出極嚴重的的病害表征，相反在SA路徑被破壞的npr1突變體中，外源DHL的處理有效地緩解了植株的病害，提高了植株對Botrytis cinerea的抗性;同時進行的H2O2、O2-染色和Botrytis cinerea Actin基因表達的研究取得和表型一致的結果。在此基礎上進一步進行了抗性相關的基因表達的研究發(fā)現(xiàn)，DHL處理較對照相比，JA信號相關的主要抗性基因PI、COI1、PDF表達量顯著上調(diào)，而SA相關的抗

13、性基因NPR1、PR1則明顯被抑制。因此DHL在擬南芥上具有相同的效應及機制。
　　4.CO2加富助長番茄中真菌性病害Botrytis cinerea的生長及DHL調(diào)控
　　一直以來，環(huán)境對園藝作物與病害的互作有極大的影響，因此本章在前面研究的基礎上，進一步探討CO2加富環(huán)境下，番茄對真菌性病害Botrytis cinerea的抗性變化及DHL的效應及機制。本章采用人工加富箱進行番茄植株處理，結果表明，CO2加富環(huán)境下番茄葉

14、片表征病害程度加重，但在外源DHL的處理后，加富下葉片表面病害減輕;同時CO2加富后番茄體內(nèi)SA信號元件中NPR1和PR1均顯著上調(diào)，而JA信號途徑中的元件PIⅠ和PIⅡ的表達量在接種灰霉病原菌后顯著上調(diào)，但CO2加富環(huán)境下PIⅠ和PⅠⅡ的表達量均顯著低于對照環(huán)境，而DHL的外源處理則誘導了JA信號抗性基因的表達上調(diào)，增強了植株對Botrytiscinerea的抗性。由此可見，PIⅠ和PⅠⅡ的表達在CO2加富下受到抑制可能是灰霉病發(fā)病嚴