Whirly转录因子对非寄主菌诱导水稻HR反应的负调控作用

用RNA干扰技术研究了Whirly转录因子对水稻非寄主抗性反应HR的调控作用。PCR扩增编码Whirly转录因子的Oswhirly基因片段,分别以正向、反向顺序连接到载体pTCK303的两个多克隆位点中,构建Oswhirly基因沉默的RNA干扰载体pTCK303-Oswhy,经农杆菌EHA105菌株转化水稻细胞,结果发现转基因水稻细胞受非寄主菌诱导后,HR反应明显,细胞死亡率显著高于野生型及空载体转化水稻细胞。Oswhirly基因沉默导致HR反应增强,初步揭示Whirly转录因子可能是调控水稻HR反应的负调控因子。

十字花科黑腐病菌中一个与HR反应相关的小RNA的鉴定

十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campertris,简称Xcc)可以引起寄主植物萝卜、白菜、芥菜等十字花科植物的黑腐病,也可以引起非寄主植物辣椒的高敏反应(hypersensitive response,HR)。最近的研究发现,在一些动植物病原细菌中,除蛋白外,小RNA也在致病和HR反应中起关键的作用。但是,到目前为止,小RNA是否在Xcc的致病和HR反应中起重要作用尚不清楚。在前期工作中,我们采用RNA深度测序(RNA-Seq)方法,在Xcc中鉴定了五百多个候选小RNA,但它们的功能还不清楚。在本研究中,我们对小RNA s RXcc52的生物学功能进行了研究,结果发现,小RNA s RXcc52的过量表达株(OE52)在辣椒上引起HR反应的时间比带有一个空的过量表达载体质粒的野生型菌株(WT/p BBad)的时间提前了2 h。这个结果表明,s RXcc52与Xcc的HR反应有关。我们的结果为深入研究小RNA在Xcc的HR反应中的作用打下了基础。

稻瘟菌糖蛋白激发子诱导的水稻叶片膜脂过氧化及过敏性反应

将稻瘟菌细胞壁来源的专化性糖蛋白激发子接种于一套水稻抗稻瘟病近等基因系后,非亲和性互作水稻超氧阴离子(O2-)积累在互作早期明显高于亲和性互作水稻;超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性均趋于下降,不同亲和性互作水稻间的差异不明显:脂氧合酶(LOX)活性在水稻/激发子非亲和互作早期增加明显、速度快;这些指标的变化进而导致非亲和性互作水稻的膜脂过氧化,其相对电导率及丙二醛(MDA)含量的高峰期和强度也明显早于和高于亲和性互作水稻。非亲和性互作水稻过氧化物酶(POD)活性在互作早期明显高于亲和性互作水稻,可能与其参与其它抗性有关。研究同时表明,激发子可专化性诱导完全和高度非亲和性互作水稻的过敏性坏死反应;而中度非亲和性互作和亲和性互作水稻则未发生过敏性(HR)坏死反应。这些结果表明,膜脂过氧化和HR反应的发生是激发子诱导水稻抗性的主要生理机制之一。

Elicitin诱导烟草微敏反应和防卫基因的表达

研究了一种α型elicitin—parasiticein对烟草微敏反应（microscopic hypersensitive response，micro-HR）和防卫反应分子表征基因表达的诱导作用。用150nmol/L的parasiticein喷洒烟草叶片12h后，经曲利本蓝（trypanblue）染色，光镜下可观察到有细胞坏死，说明parasiticein引起了micro—HR，而水和低浓度的parasiticein不能引起micro—HR。用parasiticein注射叶片可引起肉眼可见的HR，注射用parasiticein浓度远比喷洒引起micro-HR的浓度低。Parasiticein还可诱导对TMV的抗性，浓度在30nmol/L时比150nmol/L的效果好。用parasiticein注射烟草30min，HR表征基因hsr203J和hin1开始表达，在9h内逐渐降低，12—16h肉眼可观察到HR。Parasiticein喷洒烟草后，病程相关蛋白（pathogenesis-related，PR）基因PR-1b易在诱导的第1d到第5d都有一定量的表达。可见，parasiticein能同步诱导过敏反应和抗病性及其分子表征基因的表达。

晚疫病过敏反应阻断突变体抗氧化酶与相关基因的变化分析

马铃薯抗晚疫病基因R3a和Avr3a互作符合基因对基因假说.为了解R3a和Avr3a基因互作后过敏反应(HR反应)发生机制,本实验利用一个在番茄中构建的MM-R3a-Avr3a系统,以两份筛选到的HR反应被阻断的突变体为材料,研究它们在喷施诱导剂地塞米松(DEX)诱导Avr3a基因表达后活性氧爆发、活性氧清除酶和抗氧化基因的变化情况.结果显示:MM-R3a-Avr3a在DEX处理后有O2-产生和H2O2累积并产生整株的HR反应并导致植株死亡,在突变体中也有O2-产生和H2O2累积却没有导致细胞死亡,说明突变基因与HR反应的发生关系密切;DEX处理后抗氧化酶基因SOD、PPO、CAT在转基因番茄MM-R3a-Avr3a和突变体中的变化有明显差异,由此推测番茄突变体中关键基因的突变导致活性氧清除酶和相关基因的表达发生变化.该研究为探索HR反应的发生机制及了解晚疫病抗病基因抗病机理的打下基础.

转hpaXm烟草及其对TMV抗病性分析

从棉花角斑病菌(Xanthomonas citri subsp.malvacearum)中克隆并鉴定出的hpaXm是一类新的harpin蛋白。笔者首次将来自棉花角斑病菌的hpaXm基因采用农杆菌介导法导入模式生物三生烟(Nicotiana tobacum‘Xanthi nc.’),获得转基因烟草,并通过分子鉴定和蛋白活性测定,研究hpa Xm的内源表达对转基因烟草的影响。结果表明:PCR扩增检测到T_1代烟草阳性植株的靶基因序列及35S启动子序列,Southern blot检测结果证明hpaXm基因已经整合到受体基因组中,RT-PCR结果显示在转录水平上正常表达。从转hpaXm基因烟草中分别提取可溶性蛋白能激发烟草产生过敏反应,说明目的基因在转基因烟草中能表达出有活性的蛋白。hpaXm的内源表达虽不能使转基因烟草产生大面积可见的坏死斑,但经台酚蓝染色后能观察到微过敏反应现象,同时hpaXm能诱导转基因烟草对烟草花叶病毒(TMV)产生抗性。本研究对于探索hpaXm在转基因作物中所诱导的生物学特性提供科学依据。

1个Avr/Cf介导的差异表达基因在番茄抗叶霉病中作用的基因沉默分析

Avr/Cf介导产生过敏性反应时特异表达的cDNA-AFLP片段,称为ACE(Avr/Cf-elicited)片段,从中挑选1个未知功能的基因(记为ACE5)(GeneBank登录号为CK348288),利用VIGS技术对该片段相应基因进行基因沉默分析,分析该基因在植株生长和发育以及番茄抗叶霉病中的作用。结果表明该差异表达片段相应基因对本氏烟的生长发育以及Avr/Cf介导的HR反应均无影响。

十字花科黑腐病菌hrp基因致病功能分析

通过对Xcc 8004菌株的hrp基因进行逐一敲除,系统研究单个hrp基因对Xcc致病性的贡献。结果表明,9个hrc(hypersensitive response and conserved)基因单独突变后在满身红萝卜上的致病性和在辣椒ECW-10R上激发HR的能力完全丧失;9个hrp基因中,hrpW突变后在辣椒ECW-10R上仍能产生HR,满身红萝卜上致病性减弱,其余hrp基因突变后致病性和过敏反应均丧失;4个hpa(hrp associated protein)基因突变后,hpaA和hpaB突变体完全丧失在满身红萝卜上的毒性也不能在辣椒ECW-10R上引起HR,hpa1和hpaP突变后致病性和HR显著减弱。另外,通过RT-PCR对Xcc 8004 hrp基因簇的每个基因受hrpX和hrpG的调控情况进行分析,结果表明所有hrp基因在不同程度上都受到hrpG、hrpX的正向调控。

水稻条斑病菌hrpD5基因在致病性中的功能分析

水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)成功侵染水稻主要依靠其III型分泌系统(Type III secretion system,T3SS)分泌的效应蛋白。T3SS由hrp-hrc-hpa基因编码,其中主要的hrp和hrc基因突变,病原菌将丧失在寄主水稻上的致病性和非寄主烟草上的过敏性反应(hypersensitive response,HR)。hrpD5基因位于hrp基因簇hrpD操纵单元的第5个基因,在致病性中的功能未知。本研究构建了Xoc的hrpD5缺失突变体RΔhrpD5。植物接种试验显示,RΔhrpD5丧失了对寄主水稻的致病性和在非寄主烟草上激发HR反应的能力;功能互补子虽然能够恢复这2种表型,但是,与野生型菌株相比,其在感病水稻上的毒性显著降低,在非寄主烟草上形成延迟的HR反应;荧光定量PCR结果显示:hrpD5缺失影响其下游hrpD操纵单元基因hrpD6、hrpE和hpaB以及HrpX操纵单元基因hrpF和hrpB1的表达;同时,hrpD5缺失降低了hrpX的mRNA水平,但是不影响hrpX的启动子活性;酵母双杂交结果显示,HrpD5蛋白能够与HrpF蛋白的N端互作。这些结果暗示在Xoc中hrpD5不仅为主要的致病相关基因,而且调控主要的hrp调节基因hrpX的表达。HrpD5新功能的鉴定将为解析T3SS在致病性中的功能提供线索。

十字花科黑腐病菌应急反应相关基因spoT_(Xcc)对T3SS基因调控作用的分析

通过反向遗传学方法和半定量RT-PCR方法,研究了十字花科黑腐病菌中被注释的应急反应相关基因spoT_(Xcc)与Ⅲ型分泌系统(T3SS)基因的调控关系。基于自杀质粒pK18mob同源整合方法构建了十字花科黑腐病菌spoT_(Xcc)基因(XC_0956)的非极性整合突变体,检测了突变体的多种表型,发现spoT_(Xcc)突变体延迟了在非寄主植物辣椒ECW-10R上引发的过敏反应(HR)。利用GUS(β-葡糖苷酸酶)活性检测、原位组织染色和半定量RT-PCR的方法,发现T3SS相关基因在spoT_(Xcc)基因的非极性整合突变体中表达量降低,表明十字花科黑腐病菌中被注释的应急反应相关基因spoT_(Xcc)显著正调控T3SS相关基因的表达。