番茄对AAL-toxin和链格孢菌抗性的调控机制研究

番茄对AAL-toxin和链格孢菌抗性的调控机制研究腐马素(fumonisin)和AAL-toxins是一种神经鞘脂类似类真菌毒素(sphinganineanalogymycotoxins,SAMTs),它们通过竞争性抑制神经酰胺合成酶,使植物细胞中神经鞘氨醇的含量上升,从而诱发细胞程序性死亡(programmed cell death,PCD)。腐马素能够提高镰刀菌属真菌对玉米等粮食作物的致病性,而AAL-toxins是番茄链格孢菌(Alternaria alternata f.sp.lycopersicp.AAL)的致病因子,除此之外,两者对动物和人的健康造成严重威胁。

因此研究植物对SAMT及其产毒病原菌的抗性机理,挖掘调控该过程的关键基因,不仅有助于加深对植物防御体系的理解,而且为通过遗传工程手段提高植物对SAMT产毒菌的抗性,减少农业中SAMT的污染奠定基础。本研究在克隆拟南芥FB1(fumonisin B1)抗性基因Fumonisin B1resistant 41(FBR41)的基础上,进一步探究FBR41在拟南芥和番茄中防御SAMT的作用及其机理,以及在番茄中对产毒菌AAL的抗性机制;同时,首次探究了植物激素油菜素甾醇(brassinosteroid,BR)信号转导途径在番茄对AAL-toxin及AAL抗性中的作用。

主要研究结果如下:1、拟南芥突变体fbr41在FB1处理后,没有出现明显的PCD表型。FBR41突变位点发生在拟南芥SPT(serine palmitoyltransferase)的LCB2b(long chainbase 2b)亚基上。

通过对FBR41和AtLCB2b氨基酸序列的比对发现,FBR41上缺少SPT必需的赖氨酸催化位点;荧光素酶互补实验证明,FBR41可以与AtLCB1亚基结合;进一步对SPT下游产物神经鞘氨醇的含量进行分析发现,在FB1的处理下,fbr41中神经鞘氨醇的含量明显减少,而神经鞘氨醇对于诱导PCD具有重要的作用。由以上结果可知,FBR41可能通过影响SPT的功能,缓解FB1诱导的神经鞘氨醇的积累,从

而提高拟南芥对FB1的抗性。

2、将FBR41在AAL-toxin敏感型番茄品种中过表达,获得FBR41过表达转基因植株。转基因植株在AAL-toxin处理下,PCD症状明显减轻,说明FBR41可以普遍提高植物对SAMT的抗性。

FBR41过表达番茄植株在AAL-toxin处理下积累更少的神经鞘氨醇,说明FBR41可以缓解AAL-toxin引起的神经鞘氨醇的积累,从而提高番茄对AAL-toxin 的抗性。3、FBR41过表达番茄植株叶片在AAL接种后,细胞死亡程度明显减轻,且积累的真菌量明显减少,说明FBR41提高了番茄对AAL的抗性。

神经鞘氨醇可以诱导植物细胞死亡,而茉莉酸(jasmonate,JA)可以促进AAL 的入侵。在AAL处理情况下,FBR41过表达番茄植株神经鞘氨醇和JA的含量均明显减少,由此可知,FBR41可能一方面通过缓解神经鞘氨醇的积累,抑制细胞的死亡,另一方面通过抑制JA的合成,阻止AAL的入侵过程,从而提高番茄对AAL的抗性。

4、AtBZR1 的P234 位点与番茄S1LAT61 的P239及S1BZR1L 的P232位点是保守的。将S1LAT61 和S1BZR1L的保守位点进行定点突变,获得

SlLAT61P239L(mSlLAT61)和 S1BZR1LP232L(mSlBZR1L),并转化番茄植

株,mSlLAT61和mSlBZR1过表达植株表现出BR信号增强的表型,包括BR生物合成基因受到抑制、植株矮化、叶片卷曲。

mSlLAT6和mSlBZR1L过表达植株在AAL-toxin的处理下,细胞死亡程度明显上升,且在接种AAL后,出现更严重的发病症状,说明SlLAT61和SlBZR1L介导的BR信号途径降低了番茄对AAL以及AAL-toxin的抗性。