茉莉酸相关化合物对水稻颖花开放的诱导效应

研究了茉莉酸结构类似物、功能类似物以及茉莉酸生物合成的前体物对水稻颖花开放的诱导效应。结果表明,以下结构对茉莉酸类诱导开颖具有重要作用:①一个完整的环戊烷酮结构,因为C-6上的羰基被换成羟基后颖花开放诱导活性大大降低;②C-7上的戊稀侧链,因为C-9与C-10之间双键的加氢饱和使活性降低,而C-12的羟化更使其完全失活;③C-3上的乙酸或其甲酯侧链,因为乙酸侧链的加长使其活性降低,而且乙酸侧链被己酸取代所形成的OPC-6∶0的活性是来自其本身还是来自其转化形成的JA仍有待进一步的研究。

水稻抗病相关基因的分离克隆和功能鉴定

水稻白叶枯病和稻瘟病分别是由白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo）和稻瘟病菌（Magnaporthe grisea）引起，是世界水稻生产中的两大重要病害，造成的损失巨大。通过改良水稻自身防御体系来控制病害，是一种既经济又绿色的方法。鉴定水稻抗病相关基因，研究水稻抗病机理对改良水稻有着重要的理论意义和应用前景。植物激素生长素诱导的信号通常被认为能调节植物的生长和发育。本研究报道的水稻基因GH3-8是1个生长素反应基因，在依赖于生长素的发育中发挥功能，同时也调节不依赖于水杨酸和茉莉酸的信号路径的抗病反应。白叶枯病菌诱导水稻至少在被侵染部位合成生长素，而生长素继而诱导水稻大量合成松弛细胞壁的蛋白质——伸展蛋白（α-和β-expansins），破坏细胞壁对病原菌的先天屏障作用，以利病原菌在水稻中生长繁殖。在携带有抗病基因Xa21或Xa26抗病水稻品种中，病原菌引起的水稻感染部位生长素的合成可诱导水稻快速合成IAA酰胺合成酶GH3-8。GH3-8通过催化IAA-氨基酸的合成抑制生长素的作用，从而阻止细胞壁的松弛，增强植物对病原菌的自身免疫功能。超量表达GH3-8基因增强水稻对白叶枯菌的抗性，同时也延缓了植株的生长和发育，至少部分抑制了生长素信号,从而抑制了α-和β-expansins的合成。本研究结果揭示了病原菌利用生长素作为毒性因子侵染水稻的机理以及水稻应对这一毒性因子的调控途径，同时也从一个方面解释了植物在抗病反应中通常要付出生长被抑制的代价的原因。超量表达GH3-8导致植株不育。通过正反交试验显示GH3-8超量表达植株是雄性和雌性都不育。通过形态学观察发现，GH3-8超量表达植株的雌蕊柱头发育不正常；通过激光共聚焦显微镜对雌蕊胚囊观察发现，GH3-超量表达植株的成熟胚囊发育不正常，这可能是GH3-8超量表达植株雌性不育的原因。通过形态学观察发现，GH3-8超量表达植株的雄蕊和野生型无异，但花粉碘染显示,GH3-8超量表达植株大部分花粉都败育，这可能是GH3-8超量表达植株雄性不育的原因。通过分析GH3-8基因表达模式,显示GH3-8基因特异在雄蕊高表达，并随着花的发育表达强弱也不断变化，而在雌蕊基本检测不出表达。组织和时间的特异表达也印证了GH3-8在调控花的发育中起作用。利用酵母单杂交技术，筛选得到和GH3-8基因启动子互作的几个生长素反应因子。其中OsARF8超量表达激活GH3-8基因的表达，证明OsARF8是调控GH3-8基因表达的转录因子。通过分析OsARF8基因表达模式,显示OsARF8基因特异地在雌蕊高表达，而在雄蕊表达很低。OsARF8基因超量表达植株和野生型植株相比育性下降。花粉碘染显示OsARF8基因超量表达植株大部分花粉败育；检测雌蕊没有发现和野生型有显著差异。花粉的育性下降可能是OsARF8超量表达植株育性下降的原因。生长素信号路径中的基因（OsARF8和GH3-8）的不正常表达影响了水稻育性，说明生长素信号可能在调控水稻育性中有重要作用。检测水稻穗发育中生长素分布,也显示生长素和穗的发育密切相关。在水稻品种明恢63中抑制1个维生素B1合成基因OsDR8的表达，显著提高了转基因植株对白叶枯病和稻瘟病的敏感。外源应用维生素B1可以互补抑制OsDR8基因对水稻植株抗病的影响。几个防御反应基因包括防御信号路径的早期功能基因OsPOX和OsPAL基因以及路径下游基因OsPR1a、 OsPR1b、OsPR4、OsPR5 和OsPR10的表达在OsDR8抑制表达的植株中下降。这些结果说明OsDR8影响植株的抗性可能是通过影响防御反应基因的表达，OsDR8的功能在信号路径的上游。另外，维生素B1的积累可能是水稻植株对白叶枯病和稻瘟病的抗性所必需的。通过筛选水稻T-DNA插入突变体库，发现1个类病斑突变体。侧翼序列分析显示T-DNA插在1个基因（命名为OsDR9）的开放读码框。预测OsDR9基因编码由180个氨基酸组成的功能未知蛋白。OsDR9基因在茎和幼穗中表达很低，而在幼苗、剑叶、叶鞘和愈伤表达较高，在根中没有检测到表达。另外OsDR9基因在老叶中比新叶表达更高。突变体对稻瘟病和胡麻叶斑病表现高抗。对有类病斑的叶片进行组织化学检测和DNA断裂分析显示细胞死亡具有凋亡特征。病程相关蛋白PR4和PR8以及稻瘟病相关基因AOS2在突变体中上升表达。突变体植株也积累了自发荧光物质、SA、JA和植保素（momilactone A 和 sakuranetin）。突变体提高了超氧化物和H2O2的水平。将1个来源于水稻品种日本晴的包含有OsDR9基因的10.5 kb片段转入突变体02Z15AM37，转基因植株类病斑表型消失，说明由于T-DNA插入导致的OsDR9突变是引起类病斑表型的原因。这些结果说明,OsDR9是水稻抗病和细胞凋亡的1个负调节子。

稻瘟病菌侵染时水稻防御体系对外源茉莉酸的响应分析

【目的】探究特定时期稻瘟病菌与水稻互作对外源茉莉酸(JA)的响应,为揭示稻瘟病菌与水稻互作时水稻防御体系对外源JA响应的分子机制提供理论依据。【方法】以稻瘟病菌株95234I-1b和普通感病水稻品种丽江新团黑谷(LTH)为试验材料,通过外源JA以两种不同的方式(处理1,分别用100和400μmol/L JA处理水稻叶片,6 h后接种95234I-1b菌株;处理2,水稻叶片接种95234I-1b菌株72 h后,分别用100和400μmol/L JA处理水稻叶片)处理与稻瘟病菌互作过程中特定时期的水稻,调查水稻稻瘟病发病症状,并用即时聚合酶链锁反应(q RT-PCR)检测水稻防御相关基因的表达情况。【结果】外源JA的两种不同处理方式均能减轻受侵染水稻稻瘟病发病症状,并诱导水稻防御相关基因不同程度的上调表达。用100和400μmol/L JA喷雾水稻6 h后再接种稻瘟病菌株的诱抗效果分别为15.06%和25.63%;稻瘟病菌株孢子接种水稻72 h再喷雾100和400μmol/L JA的诱抗效果分别为36.60%和47.12%。与对照相比,JA抑制了水稻水杨酸(SA)途径相关基因的大幅上调表达。在一定JA浓度范围内,高浓度JA对SA途径相关基因表达抑制程度高于低浓度JA的抑制程度;高浓度JA诱导JA途径相关基因上调表达幅度高于低浓度JA的诱导程度;高浓度JA诱导PR1a上调表达幅度小于低浓度JA诱导的上调幅度,高浓度JA诱导PR10a上调表达幅度大于低浓度JA诱导的上调幅度。【结论】JA以两种不同的方式处理与稻瘟病菌互作过程中特定时期的水稻,均能诱导水稻病程相关基因和JA途径相关基因上调表达,抑制SA途径相关基因的大幅上调表达,表明水稻防御体系中的病程相关基因及JA途径的相关基因主要参与了水稻防御体系对外源JA的响应。

茉莉酸合成基因正向调控番茄对晚疫病的阶段性抗性

由致病疫霉(Phytophthora infestans)引起的晚疫病严重危害番茄的产量和品质。番茄对晚疫病存在阶段性抗性,但具体抗性机制尚不清楚。本研究以番茄品种“小汤姆”为供试材料,发现该品种幼苗期(株龄4周)比成株期(株龄8周)更抗晚疫病。利用RNA测序和实时荧光定量PCR技术富集并验证了幼苗期番茄茉莉酸(Jasmonic acid,JA)生物合成途径中AOS1、AOS2和AOC等基因的转录水平显著高于成株期植株。植物激素检测结果也显示,番茄叶片中JA含量在幼苗期显著高于成株期。在本生烟叶片中瞬时表达AOS1、AOS2、AOC等基因均增强了烟草对晚疫病的抗性,表明这些JA合成相关基因的表达水平和植物对晚疫病的抗性水平之间呈正相关。体外喷施茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate,MeJA)能提高番茄植株对晚疫病的抗性,而喷施JA合成抑制剂DIECA则使番茄更感晚疫病,进一步证明了JA正向调控番茄对晚疫病的抗性。上述结果表明,JA合成相关基因的差异表达在番茄对晚疫病的阶段性抗性中发挥着重要作用。本研究为利用阶段性抗性防治番茄晚疫病提供了重要依据。