β-氨基丁酸诱导马铃薯对晚疫病的抗性组织化学及信号传导途径分析

【目的】β-氨基丁酸(BABA)田间或离体叶片喷洒能够有效诱导马铃薯防卫反应,增强对晚疫病的抗性。研究从组织化学层面进一步探究BABA诱导马铃薯晚疫病抗性过程中诱发的防卫反应及相关信号途径,为深入研究BABA诱导马铃薯产生晚疫病抗性的可能机制奠定基础。【方法】用4 mmol·L-1 BABA或蒸馏水(对照,Mock)喷洒马铃薯植株叶片,3 d后取离体叶片接种晚疫病菌(Phytophthora infestans),接种后不同时间用打孔器取接种点叶盘用于织化学染色和过敏反应(HR)观察。采用二氨基联苯胺(DAB)组织化学染色方法检测接种点周围活性氧(H2O2)累积情况;叶盘用苯胺蓝(aniline blue)染色,然后在荧光显微镜下观察接种点周围胼胝质积累和表皮细胞HR发生情况;利用干涉了StCOI1(阻断了茉莉酸JA信号传导途径)和超量表达细菌水杨酸羟化酶基因NahG(阻断了水杨酸SA信号传导途径)的转基因马铃薯株系为材料,通过研究BABA能否在这些特殊马铃薯材料上有效诱导晚疫病抗性,进而推断BABA诱导马铃薯晚疫病抗性可能参与的信号途径。【结果】用清水作为空白接种时,Mock和BABA预处理叶片各时间点均未观察到H2O2积累,而病原菌接种处理24 h后,Mock和BABA预处理叶片接种点周围都出现H2O2积累,随着病原诱导时间的延长,H2O2积累增强。但是,BABA预处理叶盘中接种点周围H2O2累积比对照提前12 h,且累积量显著强于对照。苯胺蓝染显示Mock和BABA预处理叶片在接种清水时检测不到胼胝质的沉积,而接种晚疫病菌24 h后,Mock和BABA预处理叶片上均观察到胼胝质的沉积,BABA预处理叶片在侵染点及其附近胼胝质积累量要显著高于对照。荧光显微观察结果显示,BABA预处理和Mock叶片晚疫病接种点周围表皮细胞均有HR发生,BABA预处理叶片早在接种24 h后,接种点周围就已出现HR反应;接种48 h时,BABA预处理85%叶盘的接种点周围表皮细胞出现HR,而Mock叶片只有30%叶盘上观察到HR,BABA预处理叶片HR发生频率比Mock叶片高出55%。BABA不能在超量表达NahG的马铃薯叶片上有效诱发抗性,但能够在干涉了StCOI1的马铃薯叶片上正常诱导产生抗性。【结论】BABA能够从H2O2和胼胝质累积以及HR发生多个层面有效诱发马铃薯基础防御反应,BABA预处理能够在病原菌侵染点周围显著提高胼胝质和H2O2积累水平,诱发接种点发生较高频率的HR,从而提高马铃薯对晚疫病的抗性;BABA诱导马铃薯对晚疫病的抗性依赖水杨酸信号传导途径,但不依赖茉莉酸信号传导途径。

番茄木虱取食对含Mi-1.2番茄抗氧化酶活性及防御反应相关基因表达的影响

Mi-1.2基因编码CC-NBS-LRR家族抗病蛋白,对线虫及刺吸式昆虫具有广谱抗性。以番茄木虱和携带Mi-1.2基因的番茄品系‘Motelle’作为研究体系,研究番茄木虱取食对番茄叶片抗氧化酶活性及防御反应相关基因表达的影响。结果表明:番茄木虱的取食显著提高了番茄叶片抗氧化酶POD、CAT、APX等的活性,同时诱导Mi-1.2基因表达;番茄木虱的取食上调SA合成有关基因PAL、SA信号途径标志基因PR-1(P4)及与Mi-1.2功能相关基因WRKY70、WRKY72a、WRKY72b的表达。JA/systemin信号途径和伤害有关的Pin II、TPI-1、PR-6、PR-7、PR-5等及Prosystemin编码基因Psy的表达未发生变化;JA合成途径相关酶编码基因AOS2、Lox D下调表达,AOC的表达没有变化。SA信号途径可能参与Mi-1.2介导的番茄对于刺吸式昆虫番茄木虱的防御反应。另外,Mi-1.2的RNAi沉默不会改变上述基因的m RNA水平,说明Mi-1.2基因产物对这些基因的表达无调控作用。