拟南芥与核盘菌互作中调控细胞氧化还原状态的基因的鉴定与功能分析

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核盘菌是一种植物病原真菌，其危害巨大，能侵染400多种植物，如棉花、向日葵、油菜等重要经济作物，导致全球经济损失。因此，菌核病成为众多科研工作者的研究热点。但是，目前对菌核病的抗病机制认识有限，没有培育出完全的免疫品种，也没有找到非常有效的防治方法。本研究中涉及的3个基因At2g30870、At4g13180和At3g52400都在拟南芥抗菌核病过程中扮演重要的角色。
　　过表达基因At2g30870，增强了At2g30870-OE植株对核盘菌的抗性。在接菌后24小时，At2g30870-OE中NADPH氧化酶基因AtrbohD活跃程度强于Col-0，大量ROS累积，氧爆发强烈。同时，At2g30870-OE中SOD、POD和CAT等保护酶被快速激活，清除过量的ROS，使植物体免受ROS的毒害，也抑制了核盘菌在植株内的生长。但是，对应的T-DNA插入失活突变体SALK_072917中，ROS的积累没有得到遏制，形成一个氧化的细胞内环境，病情发展迅速。
　　所以，基因At2g30870一方面由自身编码的非酶小分子蛋白GST直接作用于细胞内的氧化还原环境；另一方面，通过启动酶抗氧化清除系统来改变植物体内的氧化还原状态，最终达到防御菌核病的目的。
　　基因At4g13180过表达植株At4g13180-OE也具有抵抗菌核病的能力。但是，与At2g30870-OE不同，At4g13180-OE在受到核盘菌侵染后12小时，AtrbohD与未接种前相比虽然上调表达，但是表达水平低于Col-0。此时At4g13180-OE中ROS的产生比Col-0少，氧爆发程度也弱于Col-0。同时，At4g13180-OE中酶抗氧化清除系统也开始发生作用，主要是POD和CAT，将H2O2还原成了无害的H2O，避免过量ROS的毒害。但是，在研究中我们发现NBT染色结果与酶活检测结果不那么一致，我们猜测At4g13180-OE植株中可能是通过其它的机制将O2-转化为了毒害较小的H2O2，例如基因At4g13180自身编码的含有短链脱氢/还原酶SDR结构域的蛋白，或是非酶抗氧化清除系统中的一些小分子非酶物质。
　　基因At3g52400的过表达能增强拟南芥植株对核盘菌的抗性，而对应的T-DNA插入失活突变体SALK_008617则对菌核病更敏感。与At4g13180-OE类似，受侵染后12小时，At3g52400-OE中AtrbohD的表达量低于Col-0。此时，At3g52400-OE产生ROS少于Col-0，氧爆发弱于Col-0。但是At3g52400-OE中还是在不断的产生大量的ROS。为了避免毒害作用，At3g52400-OE中的SOD、POD和CAT等保护酶开始发挥作用，创造出了一个还原环境，延缓核盘菌的生长和定殖。但是，SALK_008617中ROS的积累没有得到遏制，氧化环境有利于核盘菌的生长和定殖，菌核病发展迅速。
　　所以，基因At4g13180和At3g52400都是通过抑制NADPH氧化酶基因AtrbohD的过量表达和启动细胞的酶抗氧化清除系统来调控细胞内氧化还原状态，参与到拟南芥抵御核盘菌的过程中。

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作者
黄梦颖;
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作者单位

福建农林大学;

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授予单位福建农林大学;
学科生物学;生物化学与分子生物学
授予学位硕士
导师姓名王宗华,王爱荣;
年度 2014
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类侵（传）染性病害;
关键词
拟南芥; 核盘菌; 植物防御; 氧化还原状态; 基因鉴定;

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