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昆明植物所在植物抵御链格孢菌入侵研究中获进展

来源:昆明植物研究所
摘要:植物保护素scopoletin生物合成关键酶基因NaF6’H1的沉默导致野生烟草不再能产生蓝色荧光(scopoletin),而且该植物变的很感病。然而目前对该真菌的防控还没有有效的办法,因此客观上迫切需要了解这些经济作物及其野生近缘种抵御链格孢菌的分子机理,为该真菌导致的病害的防控提供理论和实践上......

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植物保护素scopoletin生物合成关键酶基因NaF6’H1的沉默导致野生烟草不再能产生蓝色荧光(scopoletin),而且该植物变的很感病。

链格孢菌(Alternaria alternata) 是一种营腐生性生活的病原真菌。由于其多个病理小种可以感染诸多的经济作物如马铃薯、梨、柑橘、烟草等,每年均造成国民经济巨大的损失。然而目前对该真菌的防控还没有有效的办法,因此客观上迫切需要了解这些经济作物及其野生近缘种抵御链格孢菌的分子机理,为该真菌导致的病害的防控提供理论和实践上的指导。 

在中国科学院昆明植物研究所吴建强团队(中德马普伙伴小组)的吴劲松研究员带领下,利用野生二倍体烟草(Nicotiana attenuata) 为模式植物,对其长期演化来的抵御链格孢菌入侵的分子机理进行了研究。结果表明当野生烟草感受到该真菌的入侵后,不仅可以激活脱落酸信号系统通过关闭气孔来抵御该真菌的入侵(Sun et al., 2014 Plant Pathology),更重要的是还可以快速激活茉莉酸(JA)信号通路,调控植物保护素scopoletin 的生物合成来抵御。 

链格孢菌感染叶片后,植物会在感染位点产生强烈的蓝色荧光。发出该蓝色荧光的化合物后来被证明主要是scopoletin 及其糖基化产物scopolin。当scopoletin 生物合成的关键酶基因(NaF6’H1)被沉默后,野生烟草不再能产生蓝色荧光物质,而且也不再能积累scopoletin,从而变得对该菌很感病。饲喂外源的scopoletin,可以增强植物对链格孢菌的抗性。进一步的体外实验证明,scopoletin 可以直接抑制链格孢菌的生长。这些实验均证实了scopoletin 是一种天然的、可以抵御链格孢菌入侵的植物保护素。 

当茉莉酸的生物合成途径被阻断,或植物中感受茉莉酸的受体被沉默时,植物即使在感受到链格孢菌的入侵的情况下,也不再能积累scopoletin来抵御真菌的入侵,而且这些植物也变得对真菌很感病。当外源施加茉莉酸甲酯的时候,茉莉酸生物合成缺陷的植物在真菌入侵的前提下恢复了大部分的合成scopoletin 的能力。这些结果表明茉莉酸的生物合成和信号转导对植物合成scopoletin 以及抵御链格孢菌非常重要。进一步的实验表明,茉莉酸调控的转录因子MYC2可以部分调控scopoletin 的生物合成。 

更有意思的是,不同叶龄的叶片对链格孢菌的抗性是不一样的;成熟的叶片感病,而幼嫩的叶片抗病。实验结果显示:幼嫩的叶片可以更强地激活茉莉酸的生物合成,产生更多的scopoletin。这些结果给出了大田里链格孢菌在成熟的烟草叶片上高发的另一个重要原因。 

该成果以Scopoletin is a phytoalexin against Alternaria alternata in wild tobacco dependent on Jasmonate signalling 为题在植物学科期刊Journal of Experimental Botany 上发表。硕士研究生孙欢欢是该论文的第一作者。

作者: 2014-5-16
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