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植物作为一种不能移动的生物,进化出一套高度发达和灵活的生理生化反应体系,来应对周围复杂环境中的各种生物刺激和非生物刺激。病菌侵染作为一种普遍的生物刺激,能显著影响植物生长发育的各个阶段,进而导致农作物减产。因此,揭示植物抵抗不同病原菌侵染的分子机制,有助于农业生产中对病菌危害的有效预防或增强植物在病菌胁迫环境下的生存能力。 本论文研究工作主要包括以下部分: 第一,借助生物光子学技术,利用生理学和分子细胞生物学的方法研究了过量红光诱导拟南芥增强防御反应能力的分子调控机制。主要结论是:过量红光能通过激活脂氧合酶LOX的活性来增强拟南芥对病原菌侵染的防御能力,这个过程包括对LOX转录水平的上调以及对LOX活性水平的激活。本文首次揭示了过量红光增强植物防御反应的分子调控机制,该结论有以下研究结果支持:(1)叶片表型以及病原菌生长实验结果表明,过量白光和过量红光对病原菌生长以及病斑扩散的抑制效果基本相同,且与野生型拟南芥(Wild type,WT)相比,过量红光不能对光敏色素B缺失突变体植株(phyB)叶片病斑扩散有所缓解,而对光敏色素过表达植株(phyB-ox)病斑面积有更加显著的抑制。(2)通过检测病原相关蛋白PR1的转录表达水平以及胼胝质的积累,表明LOX抑制剂NDGA的添加能有效减少由过量红光诱导的叶片中PR1的表达以及胼胝质的积累。说明LOX在RL诱导植物增强对病原菌防御反应过程中发挥重要作用。(3)当有病原菌侵染时,RL预处理的植株中LOX的转录水平和活性都明显升高,进一步证实LOX在RL增强植物抵抗病原菌过程中的重要作用。(4)以PIF3-ox-YFP植株为材料,做染色质免疫共沉淀实验,结果表明光敏色素相互作用因子PIF3能够与LOX2、LOX3、LOX4的基因序列相结合,说明RL对LOX转录水平的调节是通过phyB-PIF3的负向调控来实现的。(5)检测RL预处理植株遭遇病原菌侵染时LOX活性的变化情况,实验结果显示PD98059能明显抑制LOX活性的升高,而在mpk3和mpk6缺失突变体中,LOX活性的激活也明显受到抑制。(6)首先检测RL预处理的植株遭遇病原菌侵染时细胞质中钙离子浓度的变化以及钙调蛋白3(CaM3)转录水平的变化,发现二者均有明显升高,其次Western blot检测发现在RL预处理植株遭遇病原菌侵染时,叶片中MPK3和MPK6都可以被激活,而BAPTA处理和cam2缺失突变体中,二者的激活明显受到抑制。