壳寡糖对烟草悬浮细胞茉莉酸合成基因转录的影响

采用RT-PCR方法研究了不同浓度壳寡糖对烟草悬浮细胞茉莉酸合成酶基因的转录调控。结果表明, 50 μg.mL-1壳寡糖能够明显诱导烟草悬浮细胞茉莉酸合成途径的关键酶——磷脂酶A2、13-脂氧合酶、丙二烯氧化物合成酶、丙二烯氧化物环化酶和12-氧-植物二烯酸还原酶基因的表达, 而且该浓度的壳寡糖对这些基因的诱导作用相同(似)。在实验设定时间内均诱导表达编码磷脂酶A2的基因, 对其它基因的诱导时间均为8小时, 表明50 μg.mL-1壳寡糖在诱抗过程中启动了茉莉酸合成途径。而200 μg.mL-1壳寡糖的处理对这些基因的表达无显著影响。表明不同浓度的壳寡糖对烟草悬浮细胞的作用模式存在差异, 且高浓度的壳寡糖在烟草悬浮细胞中启动的信号通路可能没有茉莉酸信号的参与。     

茉莉酸甲酯处理雷公藤悬浮细胞的基因差异表达分析

以不同浓度茉莉酸甲酯(MeJA)为诱导子对雷公藤悬浮细胞进行处理,采用cDNA-AFLP技术对差异表达基因进行研究。结果表明,茉莉酸甲酯在50～400μmol/L浓度范围内对雷公藤悬浮细胞总碱的积累呈抑制作用。茉莉酸甲酯处理后,分析筛选出了19个雷公藤悬浮细胞内差异表达的基因。通过与NCBI蛋白质数据库比对,7个片段的功能得以预测,涉及植物细胞的信号转导、转录调控和能量代谢等。这些结果对今后利用生物技术手段提高雷公藤生物碱含量奠定了一定基础。     

甜菜夜蛾和茉莉酸甲酯处理对棉花茉莉酸合成途径关键基因及萜类合酶基因表达的影响

本文以陆地棉(Gossypium hirsutum)‘石远321’为实验材料,采用实时荧光定量PCR技术,研究了经甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)取食诱导和茉莉酸甲酯(MeJA)处理的茉莉酸(JA)合成途径中关键基因及萜类合酶基因的时间表达模式。甜菜夜蛾取食陆地棉后,JA合成途径脂氧合酶基因(GhLOX1和GhLOX2)、丙二烯氧化物合酶基因(GhAOS)、丙二烯氧化物环化酶基因(GhAOC)随处理时间变化均有不同程度的上调表达,其中GhLOX2表达量上调最明显,处理后12和72h表达量分别上升64.4和118.7倍;5个萜类合酶基因GhTPS1、GhTPS2、GhTPS3、GhTPS4、GhTPS5随处理时间变化表达模式明显不同,GhTPS4和GhTPS5表达量明显升高。外源MeJA处理后,GhLOX2表达量急剧上升,变化最大;5个萜类合酶基因均受MeJA诱导表达,但表达量在处理后不同时间有明显差异,GhTPS4处理后各时间点的表达量均高于对照。这些结果表明JA合成途径的GhLOX2和萜类合酶基因GhTPS4是响应甜菜夜蛾取食诱导和MeJA处理最为重要的基因。     

壳寡糖诱导植物防御反应中一氧化氮信号的研究

壳寡糖可以增强植物对病虫害的防御能力,为了深入研究壳寡糖的作用机理,首次运用荧光酶标仪及一氧化氮(Nitric oxide,NO)荧光探针Diaminofluorescein diacetate (DAF-2DA)对壳寡糖诱导的NO信号进行研究。研究发现,不同浓度的壳寡糖均可诱导烟草悬浮细胞产生NO;NO的清除剂Carboxy-PTIO potassium salt(cPTIO)和一氧化氮合酶(Nitric oxide synthase,NOS)抑制剂N^ω-nitro-L-arginine methyl Ester(L-NAME)可以明显抑制NO的产生;硝酸还原酶(Nitrate reductase, NR)的抑制剂叠氮化钠和钨酸钠对NO的产生无影响;Ca²⁺流相关抑制剂氯化镧和钌红均可抑制NO的产生。NO和Ca²⁺流的相关抑制剂可明显抑制壳寡糖诱导的抗性相关基因的表达。结果显示:壳寡糖主要通过NOS酶催化合成NO,且NO参与调节壳寡糖诱导的抗性相关基因的表达,在此过程中,Ca²⁺可以调节NO的合成。     

壳寡糖诱导水稻过敏性细胞死亡及抗病性的提高

作为真菌细胞壁的主要成分之一的壳寡糖(Oligo-GlcNAc)能够诱导水稻悬浮细胞和幼叶细胞发生过敏性死亡,并伴有H2O2的积累.以1 μg*mL-1壳寡糖处理水稻悬浮细胞12 h后细胞明显死亡;诱导水稻幼叶细胞出现明显的死亡所需壳寡糖浓度为5 μg*mL-1.以壳寡糖处理的水稻抗稻瘟病性也明显增强.     

诱导子对藏红花悬浮培养细胞生产藏红花色素的影响

考察壳聚糖（chitosan）、壳寡糖（chitosanoligosaccharides,COS）、茉莉酸甲酯（methyljasmonate,MJ）、水杨酸（salicylicacid,SA）和Cu2＋等诱导子对藏红花悬浮培养细胞生长和藏红花色素合成的影响。结果表明：在实验考察浓度范围内,壳寡糖（1～500mg／L）和较低浓度壳聚糖（≤10mrdL）、MJ（≤10μmol／L）、SA（≤10μμmol／L）和Cu2＋（≤1μmoL／L）对细胞生长无显著影响;较高浓度壳聚糖（≥100mg／L）、MJ（≥100μmol／L）、SA（≥100μmoL／L）和cu“（≥10μmoL／L）显著抑制细胞生长。5种诱导子对藏红花色素合成的诱导效果不同,并且与诱导子作用浓度和添加时间有关。MJ诱导效果最好,在细胞培养第0天添加终浓度100仙moL／LMJ,藏红花色素含量（以1克干细胞计）达到28．57mg,比对照提高177．9％。其次是cu“,在细胞培养第4天添加终浓度500μmoL／LCu2＋,色素含量达到19．82mg,比对照提高108．2％。再次是壳聚糖和壳寡糖,在细胞培养第14天分别添加终质量浓度100mg／L壳聚糖和壳寡糖,色素含量分别达到18．33和17．39mg,比对照提高69．1％和69．0％。最后是SA,在细胞培养第14天添加终浓度10μmoL／LSA,色素含量达到14．65mg,比对照提高45．4％。     

冬小麦丙二烯氧化合酶基因(TaAOS)的克隆及其特性

丙二烯氧化合酶(allene oxide synthase,AOS)是茉莉酸脂加氧酶合成途径过程中的第一个酶.从冬小麦(Triticum aestivum L. cv.Jinghua No.3)克隆到了该酶的一个全长cDNA片段,其开放阅读框长约1 410 bp,编码一约含470个氨基酸残基的多肽,推测其分子量为51.9 kD.Southern分析显示其在基因组中以3个拷贝的形式存在.Northern杂交分析表明该基因表达可被外源的茉莉酸诱导,诱导10 h时达到高峰,进一步的RNA原位杂交表明该基因优先在幼叶中,尤其是在维管束附近的薄壁细胞中表达.同时,原位杂交还显示质膜钙通道的抑制剂La3 并不能抑制外源茉莉酸诱导该区域TaAOS的表达.     

SPINDLY在壳寡糖诱导拟南芥抗丁香假单胞菌中的功能

为了探讨拟南芥O-岩藻糖基转移酶(SPINDLY)在病原体相关分子模式诱导抗性中的作用,该研究以SPINDLY缺失拟南芥突变体spy-3为实验材料,从叶片表型、病情指数、病菌定殖量以及丁香假单胞菌(Pst DC3000)关键基因的表达水平等指标,系统考察了SPINDLY在壳寡糖诱导拟南芥抗Pst DC3000中的功能。结果显示:(1)spy-3突变体比野生型更易被Pst DC3000侵染。(2)与病菌侵染组相比,壳寡糖预处理明显缓解植株叶片黄化现象,显著降低Pst DC3000的定殖量。(3)壳寡糖预处理的spy-3植株中水杨酸和茉莉酸途径相关基因的表达量及水杨酸和茉莉酸含量均较病菌侵染组明显升高。(4)壳寡糖在spy-3中的诱抗效果与野生型相比无明显差别。研究表明,SPINDLY在植物先天免疫过程发挥重要作用,但并不影响壳寡糖的诱导抗性。     

磷脂酶D对ParA1诱导的烟草的细胞死亡和过氧化氢及莨菪亭积累的影响

利用药理学方法,研究了烟草寄生疫霉(Phytophthora parasitica)分泌的蛋白激发子ParA1诱导烟草悬浮细胞后,磷脂酶D对ParA1诱导的过敏细胞死亡和其它防卫反应的影响.用100nmol/LParA1处理烟草悬浮细胞后能够诱导细胞死亡、过氧化氢和莨菪亭的积累.磷脂酶D抑制剂正丁醇能够抑制ParA1诱导的这些防卫反应,仲丁醇所起的抑制作用比正丁醇小,正丁醇和仲丁醇产生的抑制效果具有浓度依赖效应.而叔丁醇不能抑制ParA1诱导的这些反应.结果表明,磷脂酶D参与了ParA1诱导烟草悬浮细胞的信号传导过程.     

在伤信号传导中茉莉酸与水杨酸的关系

近年来,发现茉莉酸和水杨酸都是植物体对外界伤害作出反应,表达抗性基因的信号分子。水杨酸可抑制茉莉酸类的合成及其所诱导的蛋白基因的表达;茉莉酸能阻止病原侵染后所产生的水杨酸的增加。茉莉酸信号转导途径和水杨酸信号转导途径存在着交叉,小GTP结合蛋白和细胞分裂素可能起着信号开关的作用。     

转GhB301基因烟草的防御酶活性及抗病相关基因表达分析

为了明确棉花ERF-B3亚族转录因子基因GhB301在烟草异位表达后(抗枯萎病中)的功能,该研究以过表达GhB301基因烟草和野生型烟草为材料,采用枯萎病菌孢子悬浮液接菌方法,分析病原菌侵染前后防御酶活性变化以及防卫相关基因的表达变化与抗病性的关系。结果显示:(1)棉花枯萎病菌处理15d后,2个转基因株系烟草叶片黄化程度与野生型相比较轻。(2)棉花枯萎病菌处理后,过表达GhB301转基因烟草和野生型烟草叶片过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)的活性较未接菌对照显著提高,并且酶活峰值出现均早于野生型材料;转基因材料叶片的POD、PAL、PPO活性均在处理3d后达到峰值,而野生型材料叶片的POD、PAL活性在处理5d后才达到峰值。(3)接种棉花枯萎病菌后活性氧相关基因、乙烯(ET)/茉莉酸(JA)途径相关基因、病程相关基因的表达量在转基因株系OE1和OE2中均受到明显影响。研究推测,GhB301在烟草中的异位表达激活了防卫相关基因的表达,提高了防御酶的活性,从而增强了烟草对枯萎病菌的抗性。     

Metabolic fate of jasmonates in tobacco bright yellow-2 cells

Jasmonic acid and methyl jasmonate play an essential role in plant defense responses and pollen development. Their levels are temporarily and spatially controlled in plant tissue. However, whereas jasmonate biosynthesis is well studied, metabolic pathways downstream of jasmonic acid are less understood. We studied the uptake and metabolism of jasmonic acid and methyl jasmonate in tobacco (Nicotiana tabacum) Bright Yellow-2 suspension culture. We found that upon uptake, jasmonic acid was metabolized to its Glc and gentiobiose esters, and hydroxylation at C-11 or C-12 occurred. Free hydroxylated jasmonates were the preferential fraction of the culture medium. Upon hydrolysis of methyl jasmonate to jasmonic acid, a similar set of conversions occurs. In contrast to jasmonic acid, none of its derivatives interfere with the G2/M transition in synchronized tobacco Bright Yellow-2 cells.     

Overexpression of jasmonic acid carboxyl methyltransferase increases tuber yield and size in transgenic potato

Jasmonates control diverse plant developmental processes, such as seed germination, flower, fruit and seed development, senescence and tuberization in potato. To understand the role of methyl jasmonate (MeJA) in potato tuberization, the Arabidopsis JMT gene encoding jasmonic acid carboxyl methyltransferase was constitutively overexpressed in transgenic potato plants. Increases in tuber yield and size as well as in vitro tuberization frequency were observed in transgenic plants. These were correlated with JMT mRNA level––the higher expression level, the higher the tuber yield and size. The levels of jasmonic acid (JA), MeJA and tuberonic acid (TA) were also higher than those in control plants. Transgenic plants also exhibited higher expression of jasmonate-responsive genes such as those for allene oxide cyclase (AOC) and proteinase inhibitor II (PINII). These results indicate that JMT overexpression induces jasmonate biosynthesis genes and thus JA and TA pools in transgenic potatoes. This results in enhanced tuber yield and size in transgenic potato plants.