植物遭受植食性昆蟲取食或機械損傷后,茉莉酸和茉莉酸與生長素的交互作用對于植物誘導(dǎo)抗性的產(chǎn)生及調(diào)控自身生長發(fā)育具有非常重要的作用�？缒るx子流的變化及其引起的質(zhì)膜電位的變化是防御反應(yīng)啟動的關(guān)鍵,但茉莉酸誘導(dǎo)的植物初始防御信號及其對植物生長的調(diào)控機理還不完全清楚。因此,本研究以擬南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh)為材料,采用非損傷微測技術(shù)、激光共聚焦技術(shù)、HPLC-MS及分子生物學(xué)等技術(shù)手段,研究擬南芥遭受昆蟲取食后茉莉酸介導(dǎo)的初始信號以及昆蟲取食后擬南芥生長減緩的機理。主要研究結(jié)果如下：(1)小菜蛾(Plutella xyllostella L.)取食誘導(dǎo)擬南芥植株體內(nèi)茉莉酸和生長素含量的顯著升高,而脫落酸和水楊酸的含量則無顯著變化。說明茉莉酸和生長素參與調(diào)節(jié)了擬南芥響應(yīng)小菜蛾取食的防御反應(yīng)。(2)小菜蛾取食或茉莉酸處理擬南芥后,植株的防御反應(yīng)增強。用野生型和茉莉酸受體突變體coi1-1植株飼喂小菜蛾,取食coi1-1植株的小菜蛾體長、體重均顯著高于取食野生型的小菜蛾。MeJA誘導(dǎo)了野生型擬南芥氣孔關(guān)閉,而G蛋白α亞基缺失突變體gpa1-1、gpal-2、JA受體突變體植株coi1-1及質(zhì)膜H+-ATP酶AHA1突變體植株的保衛(wèi)細胞對MeJA不敏感。小菜蛾取食和MeJA處理均降低了植株根系生長速率,這也表明植物防御反應(yīng)的增強會影響植物的生長。(3)對野生型(WS)及G蛋白α亞基突變體gpa1-1、gpa1-2植株的跨膜離子流及相關(guān)離子轉(zhuǎn)運體基因的檢測發(fā)現(xiàn),MeJA處理野生型擬南芥保衛(wèi)細胞誘導(dǎo)了跨膜H+外排、Ca2+內(nèi)流、H2O2積累及K+外排。質(zhì)膜Ca2+-ATP酶基因ACA8和內(nèi)向心通道基因KAT1的表達量顯著降低,而陰離子通道基因SLAC1、SLAH3和外向心通道基因GORK的表達量顯著升高。在G蛋白抑制劑GDP-β-S預(yù)處理或者G蛋白α亞基突變體保衛(wèi)細胞中,MeJA誘導(dǎo)的跨膜H+外排、Ca2+內(nèi)流和心外排被顯著抑制,H2O2的積累也顯著降低,且離子通道或者離子轉(zhuǎn)運體基因CAX1、ACA8、KAT1、SLAH3、GORK的表達量也顯著低于野生型,說明異源三聚體G蛋白參與調(diào)控了MeJA誘導(dǎo)的跨膜離子流及氣孔運動。COI1突變減弱了MeJA誘導(dǎo)的H+外排、Ca2+離子內(nèi)流和K+離子外排,說明MeJA誘導(dǎo)的跨膜離子轉(zhuǎn)運受COIl調(diào)控。AHAl突變或者被抑制時,MeJA誘導(dǎo)的H+、Ca2+和K+流均被減弱,說明質(zhì)膜H+-ATP酶介導(dǎo)了茉莉酸誘導(dǎo)的跨膜H+外排,且質(zhì)膜H+-ATPase的啟動發(fā)生在Ca2+離子通道和K+離子通道之前。(4)菜青蟲(Pieris rapae L.)口腔分泌物處理誘導(dǎo)野生型擬南芥葉肉細胞跨膜H+、Ca2+、K+流劇烈外排。而質(zhì)膜H+-ATPase突變后,菜青蟲口腔分泌物誘導(dǎo)的Ⅳ外排被顯著抑制,GLR突變體glr3.3,3.6葉肉細胞的H+流與野生型無顯著差異,說明質(zhì)膜H+-ATP酶作用在GLR編碼的Ca2+通道之前。菜青蟲口腔分泌物處理野生型擬南芥葉肉細胞也刺激了谷氨酸的大量釋放,說明擬南芥遭受昆蟲取食時調(diào)動了植物體內(nèi)谷氨酸的重新分配。(5)小菜蛾取食或MeJA處理狀態(tài)下,擬南芥傾向于較慢的生長速率。對野生型及IAA轉(zhuǎn)運相關(guān)突變體幼苗根尖的IAA流和H+流檢測結(jié)果表明,MeJA處理顯著降低了野生型擬南芥幼苗根尖分生區(qū)和過渡區(qū)的IAA外排,而促進了該區(qū)域的H+跨膜外運。coi1-1根尖的IAA流和H+流不受MeJA影響。進一步對根部IAA合成及轉(zhuǎn)運體基因表達量的檢測表明,MeJA處理擬南芥幼苗顯著上調(diào)了根部的IAA合成基因表達量,而降低了IAA轉(zhuǎn)運體相關(guān)基因表達量。小菜蛾取食擬南芥葉后,根部的IAA流和H+流變化與MeJA處理相似,說明作為長距離信號分子,昆蟲取食誘導(dǎo)合成的JA通過降低根部IAA的極性運輸而降低擬南芥根系生長速率。本研究揭示了植物遭受昆蟲取食后茉莉酸介導(dǎo)的原初信號網(wǎng)絡(luò)及其對植物生長的調(diào)控機理,具有重要的生物學(xué)意義和潛在的應(yīng)用價值。
【學(xué)位單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：Q945
【部分圖文】：

信號和邋ＲＯＳ邋信號網(wǎng)絡(luò)的時空性（Ｌｅｖｉｎｅ邋ｅｔ邋ａｌ，邋１９９６；邋Ｆｏｒｅｍａｎ邋ｅｔ邋ａｌ，邋２００３），逡逑總之，近年來對昆蟲取食誘導(dǎo)的早期信號研宄己經(jīng)有巨大的進步，植物利用逡逑復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)響應(yīng)昆蟲取食、病原菌侵染等外界脅迫，如圖１－２，植物遭逡逑受昆蟲取食后，一些昆蟲口腔激發(fā)子（這里以ＦＡＣ為例）與質(zhì)膜上假定的受體逡逑結(jié)合并做出進一步響應(yīng)。通過一些未知的機制，Ｃａ２＋內(nèi)流進入細胞質(zhì)，這也導(dǎo)致逡逑了細胞膜去極化。細胞質(zhì)內(nèi)Ｃａ２＋離子的升高（可能與ＣＤＰＫ邋—起）增強了質(zhì)膜逡逑ＮＡＤＰＨ氧化酶活性及ＲＯＳ產(chǎn)生。ＭＡＰＫ邋（至少ＳＩＰＫ和ＷＩＰＫ）被快速激活，逡逑他們進而轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)了多個參與ＪＡ和乙煉合成的基因，ＮＡＤＰＨ氧化酶或者逡逑ＷＲＫＹ轉(zhuǎn)錄因子。ＳＩＰＫ也參與誘導(dǎo)了邋ＮＯ的產(chǎn)生。ＲＯＳ和ＮＯ修改了一些蛋白逡逑的氨基酸并誘導(dǎo)了一些防御基因的轉(zhuǎn)錄變化。一個有待研宄的途徑觸發(fā)了邋ＪＡ的逡逑合成。ＪＡ進而被轉(zhuǎn)換成ＪＡ－Ｉｌｅ，并與ＳＣＦ？ｕ結(jié)合，導(dǎo)致了邋ＪＡＺ蛋白通過２６Ｓ逡逑蛋白酶體降解并釋放轉(zhuǎn)錄因子誘導(dǎo)防御基因的表達。沒有磷酸化作用時，ＡＣＳ逡逑通過２６Ｓ蛋白媒體途徑降解，而ＳＩＰＫ誘導(dǎo)a愃嶧院

本文編號：2817209