抗坏血酸合成基因沉默对番茄高温强光和病原菌Pst DC3000胁迫抗性的影响

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植物在生长过程中经常会遇到不同程度的非生物胁迫如高温强光和生物胁迫如Pst DC3000,这些逆境都影响了植物的生长发育,甚至会引起植物的死亡进而造成产量和品质的下降。抗坏血酸是生物体内一种重要的抗氧化物质,参与植物的光合作用、抗氧化代谢和细胞分裂和膨大等众多生理过程。因此研究抗坏血酸在参与植物的抗性中的作用及其机理无疑具有重要的现实意义。本研究以番茄(Solarium lycopersicum Mill.)为试验材料,利用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术,针对抗坏血酸在调节植物应对高温强光胁迫下的光合响应、抗氧化系统的变化以及应对生物胁迫Pst DC3000时的抗病机理开展了研究,进一步阐述了抗坏血酸作为植物体内重要的抗氧化物质在参与抗性过程中起重要作用。主要的研究结果如下:1.利用VIGS技术构建了抗坏血酸合成过程中三个关键基因的载体pTRV-GME1/2, pTRV-VTC2/5及pTRV-GLDH。研究发现高温强光处理后抗坏血酸合成基因沉默导致番茄植株光系统Ⅱ的光化学效率(ΦPSⅡ)以及最大光化学效率(Fv/Fm)下降更为明显,非光化学热耗散(NPQ)和叶黄素循环都上升来消耗过多的光能,尤其是强光处理最为明显,高温强光的双重胁迫对植物造成的伤害最为严重。这三个基因沉默植株相比较来看,VTC2/5和GLDH基因沉默植株受到由于抗坏血酸合成受到抑制后光合系统受到的伤害比GME1/2沉默植株要严重。2.研究了高温强光胁迫处理下抗坏血酸沉默植株与TRV相比都表现出较弱的抗性例如电导率的上升和活性氧的过量积累。活性氧的积累会启动植物体内的抗氧化系统,沉默植株与TRV相比AsA/DHA比值比较低,但是GSH/GSSG没有明显的差异,抗氧化酶SOD、GR、CAT、APX、DHAR和MDAR活性都不同程度的上升来清除胁迫产生的活性氧。而GME1/2、VTC2/5和GLDH基因沉默植株的抗氧化系统没有明显的差异,在应对非生物胁迫时都有类似的变化趋势,这说明植物的抗性体内抗坏血酸的含量也有一定的关系。3研究表明抗坏血酸合成基因沉默植株在应对Pst DC3000侵染时比TRV植株的菌落数量要少和死细胞的数量较少,表现出较强的抗病性,其中VTC2/5基因沉默植株抗性最强。其主要的机理是因为VTC2/5基因沉默植株的H2O2的提前爆发作为植物体内的第二信使诱导了植物的水杨酸SA合成基因ICS的上调表达,植物体内快速合成SA来增强抗病性,SA的合成也激活了SA下游的PR1基因的表达,PR1的表达又快速合成了PR蛋白来抵御病菌的侵染。沉默基因植株VTC2/5相对于GME1/2和GLDH基因沉默植株抗病性要强,也说明了VTC2/5基因在抗坏血酸合成过程中的关键作用。
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