外源茉莉酸对脂氧合酶基因LOX3敲除的粳稻防御响应的影响

【目的】揭示外源茉莉酸(Jasmonic acid,JA)对脂氧合酶基因LOX3敲除水稻株防御响应的影响,为利用外源JA等激发子提高农作物因抗性相关基因丧失导致的水稻防御响应降低问题提供基础数据。【方法】以感病粳稻丽江新团黑谷(LTH)及其LOX3敲除水稻株系(Δlox3#1、Δlox3#10和Δlox3#20)为材料,开展水稻株高、分蘖数和百粒重等表型分析、过氧化物酶(POD)、活性氧(ROS)和木质素等抗菌化合物活性(含量)测定,以及防御相关基因表达分析;进一步对供试水稻进行稻瘟菌接种,调查供试水稻稻瘟病症状,检测稻瘟菌接种水稻中抗菌化合物活性(含量)及防御相关基因表达等,并观察稻瘟菌在水稻中的侵染进程;在此基础上,使用外源JA处理稻瘟菌接种36和48 hpi时的Δlox3敲除水稻株和LTH,分析JA对水稻稻瘟病症状及稻瘟菌侵染的水稻中抗菌化合物活性(含量)和防御相关基因表达等的影响,同时观察JA对稻瘟菌侵染进程的影响。【结果】Δlox3敲除水稻株种子发芽速度快于野生型,但株高、分蘖数和百粒重等与野生型相近;稻瘟菌接种的Δlox3敲除水稻株稻瘟病症状较稻瘟菌接种的野生型水稻严重,且胼胝质数、POD活性及木质素含量降低,ROS含量和死细胞数增加,OsWRKY45、OsPR1a和OsPOX1基因下调幅度和稻瘟菌菌丝定殖量明显高于稻瘟菌接种野生型水稻;外源JA可有效减缓稻瘟菌接种36和48 hpi的Δlox3敲除水稻株稻瘟病症状,且JA提高了稻瘟菌接种36和48 hpi的Δlox3敲除水稻株中胼胝质数、POD活性和木质素含量以及防御相关基因OsWRKY45、OsPR1a和OsPOX1表达水平,而降低了OsRbohB表达量及ROS含量和细胞死亡数,同时限制了稻瘟菌菌丝扩展;其中JA对稻瘟菌接种48 hpi的Δlox3敲除水稻株稻瘟病症状减轻效果优于JA对稻瘟菌接种36 hpi的Δlox3敲除水稻株,主要体现在JA使稻瘟菌接种48 hpi的Δlox3敲除水稻株中抗菌化合物增加幅度、防御相关基因表达水平、细胞死亡数和稻瘟菌菌丝扩展受限等优于JA处理稻瘟菌接种36 hpi的Δlox3敲除水稻株。【结论】LOX3基因敲除提升了水稻种子发芽速度而降低了水稻抗瘟性,外源JA则减缓LOX3敲除导致的水稻防御响应降低,提高了水稻抗瘟性。JA在减缓农作物因抗性基因持久性短而造成的抗性降低或丧失方面具有潜在的应用前景。

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。

外源水杨酸对稻瘟病菌效应蛋白BAS4过表达菌株耐受性的影响

【目的】研究不同水杨酸(SA)浓度对稻瘟病菌菌株形态发育及受侵染水稻防御相关基因表达的影响,探究SA对稻瘟病活体寄生相关效应蛋白BAS4在稻瘟病菌与水稻互作中的作用机制,为生产上有效防控稻瘟病提供理论依据。【方法】利用不同浓度SA(50、100、200、500、1000和2000μmol/L)处理稻瘟病菌过表达菌株(35S:BAS4/Mo-1)和野生型菌株(A1343R-7),统计分析SA对过表达菌株和野生型菌株菌落生长速率、产孢量及孢子萌发和附着胞形成等形态发育的影响。调查200μmol/L SA处理稻瘟病菌菌株侵染水稻的发病率,实时荧光定量PCR(q RT-PCR)分析受侵染水稻防御相关基因表达情况。【结果】不同SA浓度对过表达菌株菌落生长速率、产孢量、孢子萌发率和附着胞形成的影响低于SA对野生型菌株的影响,经200μmol/L SA处理过表达菌株侵染水稻的发病率降低,但降低幅度小于200μmol/L SA处理野生型菌株侵染水稻的发病率。200μmol/L SA处理能提高过表达菌株侵染水稻病程相关基因PR1a早期上调表达及PR10a基因72 h时的高效表达;使SA途径PAL基因表达量下调,JA途径AOS2基因早期上调表达,LOX2基因各时间点下调表达;使PR5基因早期上调表达,后期急剧下调;HSP90基因早期上调表达,但低于野生型菌株侵染水稻的表达量。【结论】BAS4过表达菌株对外源SA刺激有较强的耐受性。

外源茉莉酸对稻瘟病菌引起褐点型坏死斑的水稻防御响应的影响

【目的】解析外源茉莉酸(JA)对JA合成/响应、水杨酸(SA)合成/受体及防御相关基因表达的影响,为进一步揭示JA调控稻瘟病菌侵染引起褐点型坏死斑的水稻抗病作用机制提供基础数据。【方法】以接种稻瘟病菌菌株Y92-66b后形成褐点型坏死斑的地方中抗水稻月亮谷为研究材料,分别利用400μmol/L JA和200μmol/L JA抑制剂(IBU)外源处理接种稻瘟病菌后引起褐点型坏死斑(72 h)的水稻月亮谷,调查水稻稻瘟病症状,同时利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测JA合成/响应、SA合成/受体、防御和蔗糖/果糖合成酶基因的表达。【结果】外源JA有效减轻了水稻稻瘟病症状。同时,JA诱导水稻JA合成基因OsLOX1、OsOPR1、OsOPR7、OsJIMT、OsHPL3和OsAOS2在72 h时上调表达,至96和120 h时,只有OsAOS2、OsOPR7和OsLOX1上调表达,其余3个基因下调表达;外源JA未诱导OsLOX3表达;JA诱导水稻JA响应基因OsCOI1a、OsMYC2、OsJAZ1、OsJAZ9和OsbHLH35在72 h时上调表达,至120 h时,只有OsCOI1a和OsJAZ1上调表达,其余3个基因均下调表达;外源JA未诱导OsCOI1b和JiOsPR10表达。JA诱导SA受体基因OsNPR4在72 h时显著上调表达(P<0.05,下同),96 h时下调表达,至120 h时又上调表达但不显著(P>0.05)。JA诱导SA合成相关基因OsPAD4在72 h时显著上调表达,OsEDS1在120 h时显著上调表达。外源JA诱导防御基因OsPR5在72 h时开始上调表达,至96 h时显著上调表达;外源JA未诱导OsPR4a表达。外源JA诱导参与细胞壁合成的蔗糖合成酶基因OsRSUS1和果糖合成酶基因OsFRK-2表达,IBU则加重了水稻稻瘟病症状,同时抑制大部分JA合成/响应、蔗糖/果糖合成酶和防御基因的表达。【结论】外源JA主要通过诱导稻瘟菌引起的褐点型坏死斑的水稻JA合成/响应基因、参与细胞壁合成的蔗糖/果糖合成酶及防御基因表达参与水稻防御响应。

6种水稻初级代谢物对水稻抗瘟性的影响

【目的】解析稻瘟菌与水稻互作时的水稻初级代谢物对稻瘟菌形态发育和水稻防御响应的影响,为生产上水稻稻瘟病绿色防控措施的制定提供基础数据。【方法】利用6种水稻初级代谢物(多巴胺盐酸盐、L-谷氨酰胺、酪胺、α-品烯、L-色氨酸和半乳糖醇)标准品按一定浓度处理稻瘟病菌株,观察代谢物对稻瘟菌菌落生长和菌株形态发育(产孢、菌丝生长和附着胞形成等)的影响;在此基础上,利用相同浓度的代谢物标准品处理稻瘟菌侵染36和48 h时的感病水稻丽江新团黑谷,进行稻瘟病病害调查、防御基因表达分析、活性氧(ROS)含量和过氧化物酶(POD)活性等生理指标测定。【结果】除L-谷氨酰胺和L-色氨酸对生长第9 d的稻瘟病菌菌落生长有显著影响外(P<0.05,下同),其余4种代谢物对稻瘟病菌菌落生长无显著影响(P>0.05,下同);6种水稻初级代谢物对稻瘟菌产孢有抑制作用,其中以酪胺和α-品烯的抑制效果最明显;多巴胺盐酸盐显著抑制稻瘟菌孢子的萌发,其余5种代谢物对稻瘟菌孢子萌发无显著影响;6种水稻初级代谢物对稻瘟菌芽管生长有显著的促进作用;多巴胺盐酸盐和L-色氨酸对附着胞形成有明显的促进作用,L-谷氨酰胺和酪胺对附着胞形成具有抑制作用。6种水稻初级代谢物明显降低稻瘟菌接种36和48 h时的水稻稻瘟病症状和病情指数,其中以多巴胺盐酸盐、酪胺和半乳糖醇对稻瘟病的控制效果最佳;6种水稻初级代谢物对稻瘟菌接种48 h时的稻瘟病控制效果高于其对接菌36 h时的水稻。进一步研究发现多巴胺盐酸盐和半乳糖醇抑制了稻瘟菌侵染36和48 h水稻中茉莉酸(JA)信号基因OsCOI1a、OsCOI1b和OsMYC2表达,但JA抑制子基因OsJAZ9上调,诱导ROS相关基因OsRbohB和OsRbohA以及病程相关基因OsPR10a和OsPR5上调,其中以2种代谢物诱导稻瘟菌侵染48 h时水稻中的ROS相关基因和病程相关基因的表达量高于稻瘟菌侵染36 h时的感病水稻;多巴胺盐酸盐诱导稻瘟菌侵染36和48 h时的水稻中POD活性明显增加,ROS含量有一定程度的增加。【结论】水稻初级代谢物通过影响稻瘟菌形态发育、诱导防御相关基因表达和POD活性增加等提高水稻抗瘟性,具有作为植物病害绿色防控激发子的潜力。

酸碱度对稻瘟病菌BAS4过表达菌株耐受性的影响

【目的】探明酸碱度(pH)对稻瘟病活体寄生相关分泌蛋白BAS4(Biotrophy-associated secreted protein 4)过表达菌株形态发育及受侵染水稻防御相关基因表达的影响,揭示pH对稻瘟病菌效应蛋白在稻瘟病菌与水稻互作中的作用机制,为农业生产上预测预报不良环境因子对水稻生产的影响提供参考。【方法】利用不同pH(5.00、6.00、7.00和8.00)处理稻瘟病菌过表达菌株35S:BAS4/Mo-1和野生型菌株A1343R-7,比较分析不同pH对过表达菌株菌落生长、产孢量、孢子萌发率、菌丝干重和附着胞形成等形态发育的影响。调查pH 5.00和pH 8.00预处理过表达菌株再侵染水稻的发病率,采用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)分析受侵染水稻防御相关基因的表达情况。【结果】不同pH对BAS4过表达菌株菌落生长、产孢量、萌发率、菌丝干重和附着胞形成的影响较pH对野生型菌株小,pH 5.00和pH 8.00处理的BAS4过表达菌株均提高了其侵染水稻的发病率。pH 5.00和pH 8.00抑制其处理的BAS4过表达菌株侵染水稻病程相关基因、SA-途径、JA-途径相关基因及PR5的表达,诱导HSP90在侵染水稻早期上调表达。【结论】pH可影响BAS4过表达菌株的形态发育,但其处理的过表达菌株侵染水稻的大部分防御相关基因表达下调,预示BAS4过表达菌株对pH具有较强的耐受性。