激活蛋白促进水稻生长及诱导抗性作用机理的研究

摘要

激活蛋白(activatorprotein)是从交链孢菌(Alternariaaxo)、稻瘟菌(Piriculariaoryzae)、纹枯病菌(Rhizoctoniasolani)、黄曲霉菌(Aspergillusspp)等多种病原真菌中分离的一种的具有生物活性的新型蛋白类激发子。田间试验结果表明，激活蛋白对多种蔬菜和水果具有免疫增产的作用。本文在纯化交链孢菌激活蛋白的基础上，以水稻为试验材料，对激活蛋白促进水稻幼苗生长和诱导抗病性作用机理进行了系统研究，明确了激活蛋白与植物互作后产生有益表型的生理基础及分子机理。 建立了交链孢菌胞内42kDa激活蛋白的纯化方案。激活蛋白粗提液经饱和硫酸氨溶液沉淀后，过HitrapTM26/10脱盐柱，再依次进行HitrapTMQFF阴离子交换层析和SephacrylS-100分子筛层析等纯化步骤，最终经SDS-PAGE检测得到分子量为42kDa的单一条带。序列比对结果表明，该蛋白为一全新蛋白。 研究了激活蛋白处理对水稻幼苗生长的影响，结果表明：1～6ug/mL激活蛋白对水稻幼苗株高和根长的生长均有促进作用，对根长的作用效果更显著，激活蛋白处理后增强了水稻的根系活力和硝酸还原酶活性、提高了幼苗叶片中叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白的含量。就不同处理浓度而言，以2ug/mL激活蛋白的作用效果最好。激活促进水稻生长的关键是促进了植物根系的生长并增强了植物的光合作用。 研究了激活蛋白对水稻的诱导抗病性，结果表明：1～6ug/mL的激活蛋白均能诱导水稻产生对稻瘟菌、白叶枯病菌的抗性，但6ug/mL激活蛋白的诱抗效果最好；离体抑菌实验表明：激活蛋白本身对稻瘟菌、白叶枯病菌不具有抑菌活性；激活蛋白诱导处理后对水稻幼苗叶片中的几种防御酶具有不同影响：激活蛋白处理后3～7d内，POD、PPO和SOD的酶活性及H2O2含量均有不同程度的增加，而CAT活性呈下降趋势。激活蛋白诱导水稻产生的抗性与植物体内的活性氧代谢有关。 利用cDNA微阵列技术分析了水稻经激活蛋白处理后的基因表达谱，结果表明：激活蛋白处理水稻后共出现了233个差异表达基因，其中140个基因上调表达，93个基因下调表达，差异表达基因的功能涉及生长发育、信号传导、光合作用、抗病、抗逆、物质代谢等多个方面。 利用半定量RT-PCR方法对相关差异表达基因的验证结果表明：激活蛋白能促进生长发育相关基因MADS-box、光合作用相关基因PhyB1及代谢相关基因PPDK、PDC-1和OGDE1的表达。这些基因的上调表达，在分子水平上解析激活蛋白对水稻生长的促进作用提供了依据；激活蛋白处理水稻后，诱导了信号通路中关键调节基因NPR1和bZIP，以及防卫反应相关基因PR1a、GST和APX的表达，水稻经激活蛋白处理启动了SAR信号通路，从而获得了对病原菌的广谱抗性。 Northern杂交结果表明：激活蛋白能够诱导茉莉酸信号传导途径中关键调节酶基因RCI-1和AOS基因的表达。激活蛋白处理水稻后启动了茉莉酸信号传导途径。 基于cDNA微阵列的杂交结果，克隆了水稻中推测的硫代硫酸转移酶基因OsTST，并用Northern杂交研究了其表达模式。结果表明，OsTST基因受激活蛋白的诱导表达，参与水稻幼苗的抗病过程。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

第二章激活蛋白的分离纯化及性质鉴定

第三章激活蛋白发挥生物学效应生理机制的研究

第四章激活蛋白处理水稻后的基因表达谱分析

第五章基于cDNA微阵列的激活蛋白应答相关基因的研究

第六章激活蛋白应答相关基因OsTST的克隆及序列分析

第七章结论

参考文献

致谢

作者简历