论文部分内容阅读
水稻白叶枯病菌harpin蛋白Hpa1XooN端的卷曲螺旋(CC)结构域多肽N21能诱导烟草产生过敏性坏死反应HR(hypersensitive response),是harpin蛋白重要的功能结构单元。因此,进一步研究该多肽在植物上的应用效果和机制,将为全面理解harpin蛋白和应用这类蛋白或多肽奠定基础。本文通过体外施用N21多肽,研究了其在促生、抗病、抗旱等方面的应用效果,同时利用烟草cDNA微阵列芯片测定了干旱和TMV(tobacco mosaic virus)胁迫条件下转N21基因烟草的转录表达谱,通过两两比较分析了不同信号通路和抗病防卫相关基因的表达情况,进而了解N21引发有益表型的分子机制。N21多肽能显著促进植物生长,N21多肽(40μg/mL)能增加番茄、辣椒、黄瓜、甜瓜和小麦植株的株高,与对照相比株高分别增加了 12.35%、29.43%、20.94%、7.00%和12.42%,N21处理植株的根长与对照相比增加了 11.70%、24.80%、51.42%、11.72%和4.88%。同时,处理株的根的分蘖数和叶片数也显著多于对照株。N21多肽也能提高植物的抗病性,体外试验表明N21处理番茄、草莓和桃等果实,能推迟番茄、草莓灰霉病和桃褐腐病的发病时间,病害严重度减轻,对番茄灰霉病、草莓灰霉病和桃褐腐病的防效分别为80%、80%、和75%,与化学农药处理的效果相当。N21多肽还能增强植物的抗旱性,干旱胁迫(PEG)2d后,对照组烟草大部分叶片出现了明显的不可逆萎蔫症状,而N21喷施的烟草生长正常,只是下部个别叶片出现了较轻的萎蔫症状。这些结果均说明体外施用N21多肽具有促生长、抗病、抗旱等效果。利用芯片进行了 TMV和干旱(PEG)胁迫下转N21基因烟草和未转基因亲本烟草(CK)两两间六对转录组数据比较与分析,以3倍表达差异为标准(ratio>3.0或ratio<0.33),接种TMV的亲本烟草和亲本烟草[CK(TMV)vsCK]相比,上调表达的基因有1768个,下调表达的基因有2273个;接种TMV的转N21基因烟草和转N21基因烟草[N21(TMV)vsN21]相比,1813个基因上调,1840个下调基因;接种TMV的转N21基因烟草和接种TMV的亲本烟草[N21(TMV)vsCK(TMV)]相比,928个基因上调,895个基因下调;PEG处理的亲本烟草和亲本烟草[CK(PEG)vsCK]相比,上调基因1704,下调基因2817;PEG处理的转N21基因烟草和转N21基因烟草[N21(PEG)vsN21]相比,2019个上调基因和2763个下调基因;PEG处理的转N21基因烟草和PEG处理的亲本烟草[N21(PEG)vsCK(PEG)]相比分别有517个基因上调表达和565个基因下调表达。着重分别分析了 CK(TMV)vsCK、N21(TMV)vsN21、N21(TMV)vsCK(TMV)间的相关信号通路及与抗病性相关基因的表达情况。(1)CK(TMV)与CK相比,发现120个与抗病性相关的基因差异表达,上调基因48个,下调基因72个。与ABA信号通路相关的差异表达基因有29个;与JA信号通路相关的差异表达基因35个;ET信号通路13个;SA信号通路8个;钙信号调节相关的差异基因有6个;另外,还有与PR蛋白相关的差异表达基因6个。(2)N21(TMV)与N21比较,抗病相关差异表达基因82个。其中,49个上调,33个下调表达。与ABA相关有17个,JA相关27个,ET相关10个,SA相关3个,钙信号相关23个,PR相关2个。(3)N21(TMV)与CK(TMV)相比,39个抗病基因差异表达,23个上调,16个下调。与ABA、JA、ET、SA、钙信号通路以及PR模式相关的差异表达基因分别为3、12、11、2、8和3个。另外,部分抗病相关差异表达基因也得到了 qRT-PCR验证。