为了应对生物胁迫,植物进化出一套复杂精密的防御体系。已有研究表明,这些防御网络主要由植物激素信号转导途径组成,如水杨酸、茉莉酸(素)、乙烯、脱落酸、赤霉素、油菜素内酯等。然而,这些激素信号途径的诱导通常伴随着防御基因的强烈表达,而过度激活防御反应常造成有限的自身资源浪费进而影响植物的生长发育。与此同时,植物激素之间的拮抗作用则导致防御途径的互相抑制,这使得同时启动多条防御信号转导途径以同时抵御多种生物胁迫难以实现。在本研究中,我们报道了植物受到昆虫取食后释放的挥发性气体混合物中一个共有的信号分子——罗勒烯可以增强多种植物对病原微生物以及昆虫取食的广谱抗性。其诱导的防御模式有别于已知的激素诱导模式,主要通过诱导植物进入防御戒备状态而不影响植物的生长发育。遗传分析表明,罗勒烯诱导的防御预备状态独立于已知的植物激素信号传递,但植物受后续的生物侵害时启动的应答反应则需要完整的激素信号转导途径。通过生物化学、分子生物学、遗传学或植物病理学等手段分析,本研究从以下几个方面对于罗勒烯的生物学功能以及可能作用机制进行了探讨,获得如下结果:1)分别以拟南芥、甘蓝型油菜、本氏烟草、微型番茄、马铃薯、黄瓜、黄花蒿、水稻(粳稻)为模式植物,证明了外源施加罗勒烯能增强植物对于真菌、细菌、食草昆虫等生物胁迫的抗性。2)以拟南芥为实验材料,通过对罗勒烯处理后表型、组织化学分析、生物测定以及基因表达分析,确定实验条件下罗勒烯处理不影响拟南芥生物量与生长素途径、开花时间、种子产量且不会引起ROS的激增;罗勒烯诱导的防御反应并非通过物理屏障的增强(细胞壁胼胝质的累积、表皮毛的增多);与未经罗勒烯处理的拟南芥相比,罗勒烯预处理能够提高野生型拟南芥对于胁迫的响应强度,其防御基因的表达水平更高。3)转录组分析表明,罗勒烯诱导的部分差异表达基因受水杨酸、茉莉酸或乙烯诱导,暗示着罗勒烯处理能够同时激活不同激素途径介导的防御,使得植物处于防御戒备状态;此外,转录组数据中也存在了部分未见报道与功能注释的基因,表明罗勒烯诱导植物进入防御戒备状态有着独有的信号转导途径且有别于已知激素信号转导途径。对已知激素途径关键基因突变体的抗性分析结果表明:水杨酸途径关键基因NPR1,合成途径关键基因SID2缺失后均从不同程度降低了植物对于假单胞丁香杆菌的基础抗性,而在突变体背景下罗勒烯依然能够增强抗性;茉莉酸途径受体COI1,关键转录因子MYC2的缺失并不影响罗勒烯诱导的对灰霉菌、核盘菌或斜纹夜蛾的抗性。在茉莉酸途径关键合成酶AOS与关键转录因子MYC2缺失后,罗勒烯依然能够启动VSP2的表达;乙烯受体ETR1突变以后,罗勒烯处理过的植株受到昆虫取食程度较低与未作处理的植株相比较低,且罗勒烯处理能够启动etr1突变体中PDF1.2的表达。4)qRT-PCR分析硫苷合成途径的关键基因FMO与SUR1的表达,结果表明:在经过罗勒烯处理后,拟南芥FMO与SUR1的表达在处理结束后0-6 h出现持续的上调,在4-5 h后均达到峰值。生化分析表明罗勒烯处理能促进拟南芥Col-0,npr1与coi1突变体叶片中硫苷的累积。罗勒烯诱导防御戒备状态下的非靶向代谢组分析结果表明许多代谢产物或许参与防御代谢产物前体合成或作为体内信号分子或化学武器而实行防御功能。暗示着罗勒烯诱导的植物次生代谢产物或许与抗性有关。5)通过组织化学定位分析,证明明罗勒烯诱导后表达上升显著的基因FIBO受到水杨酸、茉莉酸、乙烯、创伤、昆虫取食等的诱导且能快速响应罗勒烯诱导。推测FIBO可能参与罗勒烯诱导的防御应答反应。对编码蛋白甲基转移酶的SDG8的启动子活性进行分析,结果表明罗勒烯处理能诱导增强SDG8启动子活性,且在sdg8突变体中PR1基因的表达未受诱导。而罗勒烯依然能增强sdg8突变体对假单胞丁香杆菌的抗性。结果暗示着罗勒烯诱导的PR1表达启动状态或许依赖于表观遗传修饰来调控,而罗勒烯诱导的植物对细菌抗性并非主要通过调节PR1的表达来实现。6)为了进一步验证罗勒烯诱导的植物防御预备状态独立于激素信号转导途径,运用基于EMS诱变的正向遗传学手段来筛选获得罗勒烯信号途径阻断的突变体,本研究将文中证明能响应罗勒烯的proFIBO-GUS、proPR1-LUC与proPDF1.2-LUC通过人工授粉手段将其与不同背景的突变体进行杂交并获得了带有相应报告系统的SA,JA/ET信号途径阻断的突变体,为后续筛选罗勒烯特有的信号转导途径阻断的突变体奠定了基础。