两类激发子（harpins和核黄素）启动植物抗病防卫和生长信号传导的分子遗传学解析

植物在受到来自生物或非生物的外源信号刺激后，可以启动不同的信号通路，发展对不同病原物的抗性。由水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）和乙烯介导的基本防卫信号通路导致广谱抗病性，并与抗虫和生长发育通路密切关联。不同通路中的信号调控因子通过交叉对话，形成复杂的信号网络，在不同通路之间相互借用，使植物能够快速有效地调动防卫反应。这些因子如何根据外源信号、通过“转录重新编程”机制形成信号网络、并在其中“各就各位”发挥作用，是抗病防卫研究中的重大课题。 植物病原细菌产生的蛋白质激发子harpins对植物有多种影响；核黄素可以启动生长信号通路和独特的抗病性信号通路。Harpins与核黄素作为多功能激发子，非常适合于解析抗病防卫信号通路、其中的重要因子、以及调控不同信号通路的通调因子的鉴定，有助于解答抗病防卫研究中的重大问题以及下列具体问题：植物如何识别harpins与核黄素信号?信号识别如何启动信号传导?有多少信号通路被启动?每个信号通路需要哪些调控因子?是否与其他通路交叉?在哪里交叉?哪个信号通路引导哪种植物表型? 本博士论文课题研究的目的是：试验解析harpins及核黄素启动的植物抗病防卫和生长发育信号通路及其中包括的关键因子，探讨harpins诱导植物抗病性和生长发育信号传导的基因元件调控基础；根据这些方面的研究，初步透视harpins和核黄素作为生物激发子启动抗病防卫及相关过程的信号网络。 1 Harpins启动的植物信号传导通路解析 Harpins是由革兰氏阴性植物病原细菌产生的一类蛋白类激发子，它们的共同特征是：富含甘氨酸，热稳定，对蛋白酶敏感，注射到产生菌的非寄主植物叶片细胞间隙后，可以诱导HR（hypersensitive response）或HCD（hypersensitive cell death）。Harpins外源施用后，可以诱导多种植物抗病、抗虫，促进植物生长。这些效应发现于分别用不同harpins处理的植物上，包括来自Erwinia amylovora的harpinEa、Pseudomonas syringae pv．syringae的harpinPss、Pseudomonas syringae pv．phaseolicola的haprinPsph以及Xanthomonas oryzae pv．oryzae的harpinXoo。但是，对harpins如何行使它们的多重功能，目前还不清楚。在本项研究中，我们采用了三种方法来解析harpins引发的抗病防卫信号通路，鉴定其中包括的关键调控因子，诱导的防卫反应基因类别，解析这 HarPins和核黄素启动植物抗病防卫和生长信号传导的分子遗传学解析 些因子与植物对不同类别病原物杭性发展的关系，并研究防卫反应的基因元件调控基 础。第一种方法是解析植物外源施用h娜inEa后的信号传导通路.第二种方法是将编 码harpinxo。的基因h咧转入烟草，研究h抑inx。。在植物体内表达后激发的信号传导 通路及关键因子.在第三种方法中，我们首先从烟草中克隆出病原物诱导性启动子 （pathogen一inducible plant promoters，ppps），然后将ppPs分别与报道基因一起引入烟 草和拟南芥，检测harpinx。。及其具有不同功能的结构片段是否可以诱导PPPs的活性， 是否由于ha印inxo。功能域作用于PPPs中特异性的顺式作用元件而赋予h田卫Inxo。的相 应效应。 1，IH日rPinE。诱导的植物过敏性细胞死亡与抗病性的关系及信号整合因子NORI和 EOS，的作用 H呷ins喷洒植物后可以诱导系统性获得杭病性（systemic acquired resistallce， 5 AR），但不会引发植物宏观可见的过敏反应（macroHR）。杭病（R）基因介导的杭 病防卫反应常常伴随有HCD的发生，但不总是有因果关系;同时，部分R基因的功 能还需要信号集合因子NDRI或EDsl的调控或二者的共同调控.本研究试图回答以 下问题:h哪ins诱导的杭病性是否需要HCD?HCD和抗病性的发生发展是否需要 EDSI和NDRI? 首先，我们观察了在h抑inEa诱导植物抗病性、但不诱发macroHR的情况下， 植物组织是否发生其他形式的细胞死亡.结果表明，h哪碗。喷雾处理拟南芥和烟草 后，虽然没有ro一HR发生，但可以发生微敏反应（microscopichypersensitive resPonse，micro一HR）。Micro一HR是一种发生机会少、限于一个到少数细胞、肉眼看 不见的HCD形式，通常用仰pan blue染色、高浓度水合氛醛脱色后，在显微镜下才 能看到。第二，侧定了h呷碗a诱导的micro.HR与SAR分子标志、即PR基因表达、 杭病表型在发生时序与 harpinE。的浓度效应两方面的一致性。除了拟南芥突变体ndr了一1 外，在野生型烟草和拟南芥、拟南芥突变体。del一1和不积累SA的NahG转基因植物 上，micro一HR的发生与PR基因的诱导表达及抗病表型都是一致的，即在不同基因型 植物上，有都有、无都无。其次，测定了sA积累受阻对h钟inE。诱导macro一HR和 而cro一HR的影响，发现NahG拟南芥和烟草在用h哪i飞。喷雾处理后，两种形式的HCD 都不能发生，也没有抗病性的增强。最后，通过研究突变体ndrl一I和edsl一1对h仰i、 的反应，分析了NDRI和EDsl对h坤inE。诱导杭病性是否必要。突变体ndr]一]在用 h呷inE。喷雾处理后，虽然有而cro一HR的发生，但是不能表达PR基因，也不能增强 对尸syringae Pv.tomato DC3o00的杭性.在。d