机械损伤对Bt玉米化学防御的系统诱导效应

植物在生长过程中形成了抵御机械损伤等外界胁迫的直接和间接防御体系, 并具有明显的系统性特征。Bt (Bacillus thuringiensis)玉米(Zea mays)是全球商品化最快的抗虫转基因作物之一。机械损伤等外界胁迫对Bt玉米和常规玉米化学防御的系统诱导效应是否存在差异是值得探讨的问题。该文以两个不同转化事件的Bt玉米‘5422Bt1’(Bt11)和‘5422CBCL’(Mon810)以及它们共同的同源常规玉米‘5422’幼苗为材料, 对玉米第一叶进行机械损伤处理6 h后, 检测非损伤部位(第二叶和根系)中Bt蛋白含量、直接防御物质丁布(DIMBDA)含量及其调控基因(Bx1、Bx6和Bx9)表达、直接防御物质总酚含量及其调控基因(PAL)表达、直接防御蛋白调控基因(MPI和PR-2a)表达以及间接防御物质挥发物调控基因(FPS和TPS)表达的变化。结果表明, 与健康植株相比, 机械损伤对两个Bt玉米第二叶和根系的Bt蛋白含量均没有显著影响; 机械损伤第一叶只能系统诱导常规玉米‘5422’第二叶中PAL、TPS和根系中PAL、FPS基因的表达, 使得第二叶丁布含量显著增加, 但根中丁布含量及其调控基因Bx6和Bx9基因的表达量明显下降; 而机械损伤能系统诱导Bt玉米‘5422Bt1’第二叶中Bx6、PAL、PR-2a、TPS和根系中Bx6、Bx9、PAL、MPI、PR-2a、TPS基因的表达, 使得第二叶丁布含量明显增加; 对于另一Bt玉米‘5422CBCL’而言, 机械损伤能系统诱导第二叶中Bx9、PAL、PR-2a、TPS和根系中Bx6、PAL、MPI、TPS基因的表达, 使得根系的总酚含量显著增加。由此可见, 机械损伤对两个Bt玉米化学防御反应的系统诱导作用均强于常规玉米‘5422’, 说明在机械损伤的系统诱导防御过程中, 人工导入抗性(Bt基因)与自身化学防御过程之间的互作关系是协同的。     

外源茉莉酸处理地下部对玉米化学防御反应影响的时间和浓度效应

在“高油115”玉米幼苗地下部施用4种不同浓度（10、50、100、200 μmol·L^-1）的茉莉酸3～48 h后,采用生化成分分析和基因表达分析方法,检测了处理部位（根系）和非处理部位（叶片）中防御物质及防御相关基因的表达,以探讨茉莉酸诱导玉米地下部对化学防御反应影响的时间和浓度效应.结果表明：茉莉酸处理玉米地下部对处理部位（根系）和非处理部位（叶片）化学防御反应的影响均与茉莉酸作用的时间和浓度相关.茉莉酸处理玉米地下部后,在3～12 h内就能直接诱导处理部位（根系）Bx9、PAL、PR-2a、MPI和FPS基因的表达,使得根中的丁布含量增加而总酚含量下降,其中100 μmol·L^-1茉莉酸处理浓度产生的诱导作用最强,其次是50 μmol·L^-1,再次是10 μmol·L^-1;后期诱导作用则逐渐减弱.另外,茉莉酸处理玉米地下部还能间接影响到非处理部位（叶片）的化学防御反应,50 μmol·L^-1茉莉酸在处理后3 h就能系统诱导叶片中Bx9和FPS基因的表达,使叶片的丁布含量增加;在6～24 h内则使叶片Bx9、PAL、PR-1、MPI和TPS基因表达量增加,丁布和总酚含量降低.可见,对于大部分检测指标来说,茉莉酸处理玉米地下部对地上部的间接诱导作用不如对地下部的直接诱导作用强,根系启动防御反应的时间较叶片早,同时,随着处理浓度的增加,茉莉酸对根系和叶片防御反应的诱导作用有增强趋势.     

茉莉酸甲酯对菊花抗蚜性的影响

本研究以杭白菊为试验材料,分析茉莉酸甲酯对菊花抗蚜性的影响。供试幼苗叶面喷施不同浓度(0.01、0.05、0.1、0.5、1 mmol·L^-1)茉莉酸甲酯后接种菊姬长管蚜,测定外源茉莉酸甲酯对蚜虫胁迫下菊花叶片的保护酶、防御酶活性、渗透性物质、次生代谢物和茉莉酸途径关键酶基因表达的影响,探究菊花抗蚜性与茉莉酸信号途径的关系。结果表明: 0.01、0.05、0.1、0.5、1 mmol·L^-1浓度的茉莉酸甲酯均显著提高了杭白菊叶片的保护酶、防御酶活性及次生代谢物含量,降低了丙二醛和可溶性糖含量,外源茉莉酸甲酯处理诱导杭白菊CmAOS和CmCOI1的表达,并使内源茉莉酸含量显著增加,杭白菊的抗蚜性增强。     

外源化合物诱导后小麦对麦长管蚜和粘虫的抗虫性研究

喷施外源化合物和昆虫取食均可诱导小麦的防御反应,如挥发物组成发生改变、某些次生物质含量增加或减少,进而影响昆虫和天敌的行为反应。本实验中小麦苗经茉莉酸或几丁质喷施诱导,可显著提高小麦中丁布的含量,但茉莉酸甲酯的诱导作用不明显。喷施茉莉酸及麦长管蚜或粘虫取食诱导小麦,会导致小麦挥发物的种类及含量与对照相比有显著不同,3种处理间小麦的挥发物也存在显著差异。用经茉莉酸处理的麦苗饲养麦长管蚜和粘虫,可显著抑制二者的生长发育速度,使体重减轻,并导致麦长管蚜繁殖力下降。经茉莉酸处理的麦苗的挥发物对粘虫寄生蜂有吸引作用,表明茉莉酸在诱导小麦产生直接抗虫性的同时,还能诱导其释放吸引天敌的挥发性化合物从而产生间接抗性。     

外源茉莉酸诱导的菜豆叶片生化抗性及其对西花蓟马体内保护酶和解毒酶活性的影响

为探讨外源茉莉酸诱导的菜豆叶片抗性及对西花蓟马体内酶活性的影响,在室内对菜豆植株分别喷施1、0.1、0.01和0.001 mmol·L^-1 4个浓度的茉莉酸,以健康植株为对照,分别于处理后1、5和10 d测定菜豆叶片营养物质及次生物质的含量.另在同样处理叶片上分别接西花蓟马2龄若虫,分析其体内保护酶和解毒酶活性的变化.结果表明: 不同浓度茉莉酸处理1 d后,菜豆叶片的蛋白质含量和健康植株没有明显差异,但在5和10 d时显著低于健康植株;菜豆叶片游离氨基酸含量在茉莉酸处理1 d后显著高于健康植株,之后逐渐降低;茉莉酸处理下菜豆叶片可溶性糖含量显著低于健康植株,并随着茉莉酸浓度的升高和处理时间的延长而进一步下降;叶绿素含量在处理1 d后显著降低,随着处理时间的增加逐渐升高.叶片单宁、黄酮和总酚的含量在不同浓度茉莉酸和处理时间下均显著高于对照.蓟马取食导致菜豆叶片生化物质含量的变化与外源茉莉酸诱导的相似.西花蓟马取食茉莉酸处理的菜豆植株24 h后,体内保护酶系(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶)和解毒酶系(谷胱甘肽S-转移酶、羧酸酯酶、乙酰胆碱酯酶)均明显高于健康植株,但茉莉酸浓度与处理时间对其影响程度不同.取食虫害菜豆叶片后西花蓟马体内酶活性的变化与取食外源茉莉酸诱导的叶片相似.说明外源茉莉酸处理可诱导菜豆植株的抗性,西花蓟马取食处理后的菜豆叶片可产生明显的反防御来适应寄主植物的变化.     

茉莉酸在植物诱导防御中的作用

茉莉酸(JA)和茉莉酸甲酯(MeJA)作为与损伤相关的植物激素和信号分子,广泛地存在于植物体中,外源应用能够激发防御植物基因的表达,诱导植物的化学防御,产生与机械损伤和昆虫取食相似的效果。大量研究表明,用茉莉酸类化合物处理植物可系统诱导蛋白酶抑制剂(PI)和多酚氧化酶(PPO),从而影响植食动物对营养物质的吸收,还能增加过氧化物酶、壳聚糖酶和脂氧合酶等防御蛋白的活性水平,导致生物碱和酚酸类次生物质的积累,增加并改变挥发性信号化合物的释放,甚至形成防御结构,如毛状体和树脂导管。经茉莉酸处理的植物提高了植食动物的死亡率,变得更加吸引捕食性和寄生性天敌。挥发性化合物——茉莉酸甲酯可以从植物的气孔进入植物体内,在细胞质中被酯酶水解为茉莉酸,实现长距离的信号传导和植物间的交流,诱导邻近植物产生诱导防御反应。茉莉酸和茉莉酸甲酯分别具有4种立体异构,其中具有活性的是顺式结构,但顺式结构不稳定,会差向异构化为反式结构。茉莉酸的代谢物(Z)-茉莉酮(cis-Jasmone)具电生理活性,在植物诱导防御中起作用,并且在防御信号的作用上不同于茉莉酸和茉莉酸甲酯。     

干旱胁迫下外源茉莉酸甲酯对玉米幼苗根系吸水的影响

茉莉酸类化合物作为环境信号分子,不仅参与植物生长发育的调控,同时受到环境胁迫的诱导,参与植物对逆境胁迫的响应和防御。本研究以北方广泛种植的玉米品种‘郑单958’为材料,通过对根系外源施加茉莉酸甲酯的方式,探究干旱胁迫下茉莉酸甲酯对玉米幼苗抗旱性以及根系吸水的影响。结果表明,外源茉莉酸甲酯可提高玉米幼苗光合速率、蒸腾作用和气孔导度,增强抗氧化酶活性,降低H_2O_2和丙二醛的含量,从而缓解干旱胁迫对植株造成的损伤。通过测定根系水导、氯化汞处理的蒸腾速率的变化以及水通道蛋白的表达量,发现干旱胁迫下外源茉莉酸甲酯可增强根系水通道蛋白的表达,进而增强玉米幼苗的根系吸水能力,从而缓解干旱胁迫造成的叶片水分含量的下降和水势的降低,提高了玉米幼苗的抗旱性。     

基于转录组分析鉴定苹果茉莉素响应基因

为阐明外源茉莉酸甲酯(MeJA)诱导的苹果(Malus domestica)抗病分子机制, 以生长30天的Gala组培苗为试材, 用100 μmol∙L ^-1MeJA处理叶片12小时, 通过转录组测序, 结合生物信息学分析鉴定出苹果叶片中受MeJA诱导表达的基因。结果表明, 外源MeJA主要影响苹果叶片倍半萜类、三萜和类黄酮的生物合成, 以及芸薹素(BR)信号转导途径间接诱导的抗病性; 倍半萜类、三萜及类黄酮生物合成途径中的关键基因为MDP0000702120和MDP0000692178; MDP0000123379是联系芸薹素信号转导途径和植物-病原菌互作途径的关键调控基因。     

外源茉莉酸和茉莉酸甲酯诱导植物抗虫作用及其机理

综述了茉莉酸(jasmonic acid, JA)和茉莉酸甲酯(methyl jasmo nate, MJA)的分子结构和应用其诱导的植物抗虫作用及其机制。植物受外源茉莉酸或茉莉酸甲酯刺激后,一条反应途径是由硬脂酸途径激活防御基因,另一条途径是直接激活防御基因。防御基因激活后导致代谢途径重新配置,并可能诱导植物产生下列4种效应：（1）直接防御,即植物产生对害虫有毒的物质、抗营养和抗消化的酶类,或具驱避性和妨碍行为作用的化合物;（2）间接防御,即产生吸引天敌的挥发物;（3）不防御,即无防御反应;（4）负防御,即产生吸引害虫的挥发物。     

西花蓟马取食对菜豆不同部位叶片防御基因表达的影响

【目的】本研究旨在探究锉吸式口器害虫西花蓟马Frankliniella occidentalis取食诱导的菜豆Phaseolus vulgaris木植株系统防御反应的分子机制。【方法】利用荧光定量PCR技术,检测西花蓟马分别在稳定取食菜豆植株2 h后的24,48,72和96 h菜豆植株不同部位(上部、中部和下部)叶片中茉莉酸信号转导途径和水杨酸信号转导途径防御相关基因脂氧合酶基因(LOX)、苯丙氨酸解氨酶基因(PAL)和β-1,3-葡聚糖酶基因(PR-2)相对表达量的变化。【结果】西花蓟马取食菜豆植株后,受害叶片及上部和下部健康叶片中LOX,PAL和PR-2均被显著诱导表达,均以受害叶片防御酶基因表达量的变化较大,并且表达量在相同叶片不同时间下的变化不同。中部受害叶片中LOX的相对表达量均显著高于未接虫的对照植株,并随西花蓟马为害时间的延长逐渐升高,在96 h时为对照的209.54倍;随着时间的延长LOX表达量在上部和下部健康叶片呈现升高-降低-升高的趋势。PAL的表达量在西花蓟马为害植株的中部受害叶片和上部健康叶片均于48 h时出现最大值,分别为对照的52.70倍和41.20倍;但在下部健康叶片于72 h时达到最大值,为对照的47.06倍。PR-2表达量在受害株的上部健康叶片于48 h时出现最大值,在中部受害叶片和下部健康叶片均于96 h时达到最大值,但在24 h时在下部健康叶片中受到抑制。【结论】西花蓟马取食能显著诱导菜豆植株茉莉酸和水杨酸信号转导途径相关防御酶基因LOX,PAL和PR-2的表达,并在菜豆植株不同部位叶片产生系统抗性。     

A role for cyclic hydroxamates in aluminium resistance in maize?

Hydroxamate siderophores have been found to alleviate Al toxicity in bacteria. In Poaceae plants cyclic hydroxamates, like DIMBOA (2,4-dihydroxy-7-methoxy-1,4-benzoxazin-3-one) and its derivatives have mostly been studied in relation to either defence against insects or allelopathy. In this study the influence of Al on concentrations of these benzoxazinoids (Bx) in root tips, whole roots and root xylem exudates of Zea mays L. varieties differing in Al resistance was analyzed by HPLC-MS. Aluminium resistant maize variety Sikuani maintained considerably higher Bx levels in root tips than the Al sensitive variety Bakero. In vitro binding of Al to DIMBOA was shown by fluorescence quenching. Addition of DIMBOA to Al-containing nutrient solution protected the sensitive maize against Al toxicity as shown by bioassays using callose and haematoxylin staining of root tips as stress indicators. This is the first study showing that Bx can detoxify Al in solution. Tissue analysis data provide first, circumstantial, support for a role of Bx in defence against Al toxicity also in planta.     

西花蓟马取食对菜豆防御基因表达的诱导作用

为探讨菜豆对西花蓟马Frankliniella occidentalis取食的防御反应分子机制, 本实验利用荧光定量PCR（RT-qPCR）研究了西花蓟马取食、 机械损伤及外源水杨酸甲酯（MeSA）和茉莉酸（JA）处理对菜豆叶片防御相关基因（LOX, AOS, PAL及PR-2）相对表达量的影响。结果表明： 脂氧合酶基因（LOX）的相对表达量在外源JA和机械损伤诱导后分别在24 h和48 h时达到最大值, 但与对照相比差异不显著（P>0.05）, 外源MeSA处理后LOX几乎没有表达, 西花蓟马取食后LOX的相对表达量在24 h显著升高, 约为对照的41.9倍, 且明显高于其余3个处理（P<0.05）。不同诱导处理后丙二烯氧化物合成酶基因（AOS）的相对表达量较低, 其中外源MeSA处理后在整个诱导时间内几乎没有表达。苯丙氨酸解氨酶基因（PAL）在机械损伤和外源JA处理后在整个诱导时间内几乎没有表达, 外源MeSA处理后PAL的表达量在24 h时最高, 为对照的1.9倍左右。PAL的相对表达量在遭受蓟马取食诱导后迅速升高, 在24 h时约为CK的4.3倍, 显著高于其他3种处理诱导的（P<0.05）。β-1, 3-葡聚糖酶基因（PR-2）的相对表达量在蓟马取食和外源JA处理的整个诱导时间内受到抑制, 机械损伤诱导后PR-2的表达水平在24 h时有所升高, 之后诱导期间内受到抑制。外源MeSA诱导后菜豆叶片中PR-2的相对表达量在24 h就急剧升高, 达到对照的6.63倍, 且显著高于其余3种处理诱导的（P<0.05）, 但48 h后却几乎检测不到。研究结果提示, 西花蓟马取食不仅能够诱导SA和JA介导的信号传导途径, 且两通路间存在交互作用。     

Jasmonic acid induced changes in protein pattern, antioxidative enzyme activities and peroxidase isozymes in peanut seedlings

Protein pattern, ammonia content, glutamine synthetase activity, lipid peroxidation, superoxide dismutase, catalase, peroxidase and peroxidase isoforms were studied in the leaves and roots of 7-d-old peanut (Arachis hypogaea L. cv. JL-24) seedlings treated by 25, 100 and 250 μM jasmonic acid (JA). SDS-PAGE protein profile of leaves and roots after JA application showed a significant increase in 18, 21, 30, 45, 47 and 97.4 kDa proteins and significant decrease in 22 and 36 kDa proteins. Pathogenesis related PR-18 was specific in leaves at 250 μM JA and PR-21 have cross reacted differently with 21 and 30 kDa proteins in leaves and roots treated by all JA concentrations. Further, the immunoblot analysis with glutamine synthetase, GS-45 antibodies revealed a specific cross reaction with 45 and 47 kDa proteins of both control and JA treated leaves, however, higher at 100 and 250 μM JA treated leaves than control ones. Further, the malondialdehyde (MDA) content significantly increased in leaves and roots treated with JA, indicated membrane damage with JA treatments that led to the generation of peroxidation products. The peroxidase isozymic pattern showed two specific isoforms. Besides, the activities of SOD and catalase were significantly elevated in JA treated leaves.     

Antagonistic interactions between the SA and JA signaling pathways in Arabidopsis modulate expression of defense genes and gene-for-gene resistance to cucumber mosaic virus

Gene-for-gene resistance to a yellow strain of cucumber mosaic virus [CMV(Y)] is conferred by the dominant RESISTANCE to CMV(Y) (RCY1) allele in the Arabidopsis thaliana ecotype C24. RCY1-conferred resistance to CMV(Y) and expression of the Pathogenesis-related 1 (PR-1) and PR-5 genes are partially compromised by the eds5 mutation and the nahG transgene that block accumulation of salicylic acid (SA). In contrast, the RCY1-conferred resistance to CMV(Y) is not affected by the jasmonic acid (JA)-insensitive coi1 and jar1 mutations. Interestingly, we report here that in contrast to the eds5 RCY1 plant, the eds5 coi1 RCY1 double-mutant plant exhibited a higher level of resistance to CMV(Y). Presence of the coi1 mutant allele also restored the CMV(Y)-activated expression of the PR-1 and PR-5 gene in the eds5 coi1 RCY1 plant. In contrast to the PR-1 and PR-5 genes, expression of the JA-dependent PLANT DEFENSIN 1.2 (PDF1.2) and HEVEIN-LIKE PROTEIN (HEL) genes was elevated in the CMV(Y)-inoculated leaves of the eds5 RCY1 plant, but not in the virus-inoculated leaves of the wild-type RCY1 and coi1 RCY1 plants. We propose that antagonistic interactions between the SA and JA signaling mechanisms modulate defense gene expression and the activation of RCY1-conferred gene-for-gene resistance to CMV(Y).     

朱砂叶螨刺吸胁迫对玉米自交系化学防御物质的系统诱导效应

为了探明朱砂叶螨刺吸胁迫对玉米体内化学防御的系统诱导效应,以玉米抗螨性自交系‘H1014168’和感螨性自交系‘H1014591’幼苗为材料,在叶螨刺吸第1叶7 d后,测定了未被刺吸部位(第2叶和根系内)的丁布、总酚、胰蛋白酶抑制剂(TI)和胰凝乳蛋白酶抑制剂(CI)含量.结果表明: H1014168 第2叶和根内的丁布、总酚、TI和CI含量均显著高于健康植株; H1014591 第2叶内4种化学防御物质含量显著高于健康植株,根内TI含量显著高于健康植株,丁布和CI含量与健康植株差异不显著,总酚含量显著低于健康植株.朱砂叶螨刺吸胁迫对玉米体内的丁布、总酚、胰蛋白酶抑制剂和胰凝乳蛋白酶抑制剂的诱导具有系统性,对玉米抗螨性自交系的系统诱导效应强于感螨性自交系.