植物在整个生命过程中,不断遭受外界环境各种逆境的胁迫。为了应对这些胁迫,植物进化形成了一系列精细调控的防御机制,并受复杂的信号传导网络所调控。木研究中,我们分离鉴定了番茄4个与抗病信号途径相关的家族基因,并研究了这些基因家族成员在番茄抗病抗逆反应中的生物学意义。分裂源激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)级联是植物中高度保守的信号传导元件,负责胞外信号向胞内的传递,并在植物抗病过程中起重要用。但是,番茄MEK家族基因(SIMEKs)在番茄对灰霉菌抗病过程中的作用并不清楚。为此,我们分离鉴定了5个与番茄SIMEK基因。研究发现,在灰霉病病菌(Botrytis cinerea)侵染或水杨酸、茉莉酸和乙烯等信号分子处理后,这5个SIMEKs基因的诱导表达模式不尽相同。利用病毒诱导基因沉默(virus-induced gene silencing, VIGS)的方法,分别逐个沉默SIMEK基因后,番茄抗病性测定表明,SIMEK2和SIMEK4沉默植株对灰霉菌更加感病,且SIMEK2和SIMEK4沉默植株在灰霉菌处理后,活性氧产生增加,同时SlPR1b、SIPRP2、 SILapA和SIPIN2等防卫基因的表达量显著下调。在本氏烟(Nicotiana benthamiana)中瞬时过表达SIMEK2和SlMKE4能够诱导植株叶片产生HR和活性氧,且能提高对灰霉病病菌的系统抗性,上调NbPR1、NbPR2、NbPR4和NbPR5等防卫基因的表达。上述结果证明,SIMEK2和SIMEK4在番茄对灰霉病的抗病反应中起重要的调控作用。CAMTA/SRs是一类钙调蛋白结合转录因子,在钙离子信号传导途径中起重要的作用。已经报道番茄基因组中有7个SRs基因,但番茄SISRs家族基因在植物抗病抗逆中的作用并不清楚。荧光实时定量PCR分析番茄接种灰霉病病菌和丁香假单胞杆菌(Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst) DC3000)后SISRs家族基因的诱导表达模式不尽相同。通过病毒诱导基因沉默的方法将SISRs家族基因分别沉默后,发现SISR1和SlSR3L沉默植株均提高对灰霉病菌和Pst DC3000的抗性;而且SlSR1和SISR3L沉默植株能够自发产生活性氧,在无病菌侵染时组成型表达SlPR1b、SIPRP2、SlRboh1等抗病相关基因。同时,干旱胁迫能诱导SlSR1L的表达,SlSR1L沉默植株对干旱更敏感,失水速率较对照更快,且根系较对照更细短,根的净重也较对照更轻。在SlSR1L沉默植株中干旱相关基因SGN-213276、SlAREB1、SlAREB2、SIDREB和SlSpUSP等的表达水平表达显著下降。酵母实验显示,SlSR1和SISR3L具有转录激活活性。亚细胞定位分析结果显示,SlSR1和SlSR3L均定位于细胞核内。这些结果表明,番茄SlSRs家族基因在番茄抗病抗旱过程中具有不同的调控作用。植物Rbohs是活性氧合成酶之一,并通过介导活性氧的产生参与植物抗病反应。但是,番茄SlRbohs在番茄抗病中的作用还不见报道。在番茄基因组数据库中,我们鉴定到8个SlRbohs成员,它们均有典型的NADPH氧化酶结构域、EFhand结构域和NAD结合结构域等Rbohs蛋白保守结构域。荧光实时定量PCR分析表明,SlRbohs基因在灰霉菌和Pst DC3000接种处理时,表达模式有所不同。利用病毒诱导基因沉默的方法,我们将8个SlRbohs基因分别沉默后,病害分析显示,SlRbohB沉默植株对灰霉菌更加感病,同时SlRbohB沉默植株能够降低灰霉菌诱导活性氧的产生,以及PR基因的表达。进一步研究发现,SlRbohB沉默植株能够抑制激发子flg22诱导产生的活性氧,以及flg22系统诱导SlPti5和SlGras2的表达。这些结果表明,SlRbohB可能参与了植物早期活性氧的产生,从而调控了番茄与灰霉菌之间的互作。进一步瞬时过表达实验表明,本氏烟叶片上过表达SlRbohB后,增强植株对灰霉菌的抗性,但并不诱导本氏烟叶片产生活性氧。此外,SlRbohB沉默植株对干旱更为敏感,失水率较对照要快,且干旱正调控基因SGN-213276表达量显著下调,干旱负调控因子SGN-214777表达量显著上调,但SlRbohB沉默植株的根系与对照没有明显差别。亚细胞定位实验显示,SlRbohB功能定位于细胞膜上。这些结果表明,SlRbohB在番茄抗灰霉菌和抗旱过程中起重要的正调控作用。SAHH是真核生物甲基化代谢过程中一个主要的酶,它在植物生长发育和对逆境适应过程中起着重要的作用。但是,番茄中SlSAHHs基因功能还不见报道。番茄基因组中共有3个SlSAHHs家族成员,序列分析显示,3个SlSAHHs序列在氨基酸水平上同源性极高,同源性达到97%以上。荧光实时定量PCR结果显示,SlSAHHs基因在根、茎和果实中表达较多,而在花中表达最少。灰霉菌接种后,SlSAHH2和SlSAHH3表达量显著升高,而SlSAHH1不受灰霉菌诱导表达。Pst DC3000处理后,SlSAHHl的表达量上升,而SlSAHH2和SlSAHH3的表达量没有显著变化。此外,SlSAHH2的表达均能受水杨酸、茉莉酸和乙烯的诱导,SlSAHH3受茉莉酸和乙烯的诱导表达,而3种植物抗病相关激素均不能诱导SlSAHH1的表达。将SlSAHHs基因通过病毒诱导基因沉默的方法逐一沉默时,沉默植株生长与对照没有差异。但将3个基因同时沉默时,SlSAHHa沉默植株(3个基因同时沉默植株)生长表现出矮化、叶片卷缩和根系细短等症状。沉默效率结果表明,SlSAHH2和SlSAHH3基因功能冗余。进一步研究发现,SlSAHHa沉默植株强烈诱导水杨酸途径相关PR基因的表达,且自发诱导活性氧的产生。病害实验显示,SlSAHHa沉默植株强烈增强对Pst DC3000的抗性,但不影响对灰霉菌的抗性。干旱实验显示,SlSAHHa沉默植株增强对干旱的适应。这些结果表明,SlSAHHs家族基因在番茄抗Pst DC3000和抗旱过程中起着重要的作用。