交替氧化酶是植物线粒体呼吸电子传递链的重要组成部分。区别与细胞色素呼吸主路径,交替氧化酶调节的线粒体呼吸电子传递链分支于泛醌处并具有抗氰化物抑制的特性,因此也被称作“抗氰交替呼吸途径”。在关于交替氧化酶生物学功能的研究中发现,它参与到了植物抗低温、抗旱、抗盐、抗氧化等一系列的机制当中,并且对维持植物线粒体氧化还原平衡状态起到重要作用。由于交替氧化酶这些重要的生物学功能,关于它的研究一直是植物学研究领域的热点。本研究通过构建烟草交替氧化酶基因沉默的转基因植株irAOX,立足于烟草和咀嚼式昆虫(烟草天蛾)、烟草和刺吸式昆虫(小绿叶蝉)、烟草和病原菌(番茄非致病型丁香假单胞杆菌)三个不同的互作体系来对交替氧化酶在植物抗病虫害机制中的作用进行了深入的阐述。通过研究发现,烟草AOX基因的转录受烟草天蛾幼虫取食的强烈诱导,但是该基因的沉默并没有影响到烟草抗虫反应相关的信号激素茉莉酸的积累,以及下游抗虫性质次生代谢产物的生成,因此没有改变烟草防御烟草天蛾幼虫的能力。但在野外试验和温室试验中,我们发现相对于野生型烟草,irAOX烟草更容易被一种刺吸式昆虫小绿叶蝉侵害,并被诱导积累了较高水平的水杨酸。而在irAOX烟草被侵染后,茉莉酸调节的下游防御性次生代谢产物也显著减少,表明irAOX烟草中较高的水杨酸水平抑制了茉莉酸信号途径调节的抗虫防御反应。分析这很有可能是由于小绿叶蝉这类刺吸式昆虫在取食植物的同时也能带给植物病原菌的侵染,进而诱发植物依赖于水杨酸的抗病反应。通过以上两部分研究也证明了AOX基因在参与植物抗虫防御时的不同角色。在关于烟草与番茄非致病型丁香假单胞杆菌互作体系的研究中发现,相对于野生型烟草,irAOX烟草在受病原菌侵染后细胞程序性死亡加速,并伴随有较高水平的水杨酸和过氧化氢的积累,而且在irAOX烟草中病原菌的菌落生长数量也有所下降。分析交替氧化酶可能是通过抑制叶片内过氧化氢的生成来调控细胞的程序性死亡,从而间接影响了烟草的抗病能力。论文从三方面系统地阐述了交替氧化酶在植物抗虫,抗病机制中的作用,并且加深了人们对交替氧化酶生物学功能的认识。