白菜伤害反应中内源信号分子及其基因表达变化

摘要

白菜(Brassica rapa subsp.pekinensis)在种植加工和运输过程中,易遭受各种机械伤害.本研究对白菜叶片进行伤害处理,利用气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)联用、GC和高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)分别测定内源信号分子茉莉酸(jasmonic acid,JA)、水杨酸(salicylic acid,SA)和乙烯(ethylene,ET)的含量或释放量变化,并利用cDNA芯片杂交分析伤害处理后基因表达总体变化,结合半定量RT-PCR分析JA、ET和SA信号途径中标志基因表达量变化.结果显示,大量基因在白菜伤害后上调表达,包括转录因子、小G蛋白、受体蛋白激酶、蛋白激酶、防御相关基因、JA/ET合成途径基因、吲哚芥子油苷降解途径基因、细胞壁修饰相关基因、色氨酸生物合成途径基因、苯丙烷和生物碱代谢途径相关基因、分子伴侣等.对伤害处理后JA含量及其信号途径标志基因表达分析发现,在伤害处理后6、12、24和48 h,叶片JA含量显著高于未进行伤害处理的空白对照叶片中JA含量(P＜0.05);JA合成途径关键酶基因丙二烯氧合酶(allene oxide synthase,AOS)、丙二烯环氧化酶(allene oxide cyclase,AOC)和脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)、JA合成途径上游的磷脂酶D(phospholipase D,PLD)和JA途径的应答标志基因黑芥子酶作用蛋白(myrosinase-associated protein,MYAP)诱导上调表达,表明JA介导的信号途径在白菜伤害应答反应中起了重要作用.对伤害处理后ET释放速度及其信号途径基因表达分析发现,ET在伤害处理后2和6h大量合成,ET合成途径基因1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶6(1-aminocyclopropane-1-carboxylicacid (ACC) synthase 6,ACS6)和ACC氧化酶(ACC oxidase,ACO)在伤害早期诱导上调表达,乙烯响应转录因子4(ethylene-responsive transcription factor 4,ERF4)在伤害后0.17、0.5、2、6、12和24 h均上调表达,表明ET途径参与了早期的伤害反应.JA和ET共同调控途径的标志基因β-1,3葡聚糖酶(β-1,3 glucanase,BGL)在伤害各时间点均上调表达,表明JA和ET协同调控白菜伤害反应.对伤害处理后SA含量及其信号途径基因表达分析发现,游离态SA和总SA的含量明显下降,SA途径的标志基因病程相关蛋白(pathogenesis-related protein 1a,PR1a)和PR5在伤害后期有一定程度的诱导表达,而在伤害早期其表达受到抑制或未发生变化,表明SA信号途径在伤害早期受到抑制,在伤害后期活化,可能参与了伤害后期的防卫反应.本研究阐明了白菜在伤害处理后,基因表达总体水平产生变化,JA、ET和SA合成及其介导的信号途径标志基因表达产生变化,有助于揭示白菜伤害反应分子机制.