醇诱导下番茄果实的防御反应_毕业论文(编辑修改稿)

醇诱导下番茄果实的防御反应_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

V)侵染的烟草表达系统获得抗性基因后 ,并不能够产生正常植株的茉莉酸介导的伤口反应 ,原因可能是 TMV 侵染后水杨酸得水平增加 ,抑制了茉莉酸信号途径。 因此 ,用高度得表达水杨酸的方法去增加植物对广谱性病原菌抗性的途径 ,可能会使植物对昆虫或另外一些病原真菌的抗性降低。 很多报道都认为茉莉酸和乙烯具有协同作用 ,它们能够协同激活编码防御蛋白 (如蛋白酶抑制剂 )的基因。 在某些 情况下 ,茉莉酸和乙烯能够促进水杨酸的作用导致相关蛋白基因的表达。 沉默苯丙氨酸解氨酶基因 ,获得低水平水杨酸的转基因烟草 ,对 TMV 表现出较低的系统获得抗性而对烟芽夜蛾幼虫抗性增加 ,高度表达苯丙氨酸解氨酶基因 [10]的烟草对 TMV的系统获得抗性增加而对美洲烟夜蛾幼虫的抗性下降。 利用系统获得抗性诱导物BTH处理 ,番茄对甜菜夜蛾的抗性降低 ,原因可能是 BTH抑制茉莉酸的合成或增加西南科技大学本科生毕业论文 14 水杨酸的合成。 茉莉酸处理野生型拟南芥能增加其对埃及棉叶虫的抗性。 缺乏茉莉酸反应途径的突变体对埃及棉叶虫敏感 ,缺乏系统获得抗性的突变体 npr1 对埃及棉叶虫具有较高的抗性。 在烟草与烟草天蛾系统中存在一些特殊的情况。 当烟草被耐烟碱的烟草天蛾取食后 ,茉莉酸水平增加 ,一般同机械伤害的程度成正比 ,随后形成茉莉酸高峰 ,产生 2~10 倍的伤害水平引起的茉莉酸量 ,在昆虫继续取食前迅速传导到叶片前端。 伤口和茉莉酸诱导的反应不产生乙烯 ,但烟草天蛾取食能诱导乙烯大量产生 ,并在幼虫取食过程中一直存在。 乙烯抑制了伤口和茉莉酸诱导的烟碱合成、 NaPMT1 基因表达等植物的直接防御反应 ,但不抑制释放VOC 的间接防御反应 ,因而能够吸引寄生性天敌 ,但这种间接防御不能被伤口诱导。 总之 ,烟 草天蛾取食会导致烟草对害虫的直接防御 (烟碱合成 )反向调控 ,而对间接防御进行正向调控 ,释放吸引天敌的化合物 [11]。 由于烟碱能被烟草天蛾所代谢并作为烟草天蛾对寄生蜂的防御物质 ,因此烟草可能调整自身的变化增加间接防御以对抗烟草天蛾的取食。 防御相关基因的表达 自从 Green and Ryan (1972)报道了植食者取食后植物随后发生的化学变化提高对昆虫攻击的抵抗能力，人们广泛认识到植物的化学组成不仅受非生物因子影响，而且也在相当程度上受机械损伤或植食者取食的影响。 显然，即使不是所有的植物，但至少许多植物除结 构性防御系统外，还存在诱导防御系统。 然而，人们原先只注意到植食者取食后植物的化学成分，如糖、蛋白质、防御性酶和次生物质等含量的变化。 随着分子生物学理论和技术的发展，研究者开始从分子水平研究植物的诱导抗性。 该领域的研究为了解植物和植食者之间的相互适应和协同进化，也为害虫治理提供新的思路和手段。 国内对植物诱导抗虫基因的克隆和调控方面的研究还很少，本文介绍国外对植物防御害虫的诱导抗性基因种类和调控两方面的研究， 其 对国内开展这方面的研究有所推动。 诱导抗虫基因 害虫对植物的损伤极大改变了植物的新陈代谢。 Arimuraetal 发现棉红蜘蛛西南科技大学本科生毕业论文 15 (Tetranicusurticae)危害提高了利马豆 (Phaseolus lunatus )97 个 基因的表达量，而棉红蜘蛛诱导利马豆释放的挥发性物质提高了利马豆 227 个基因的表达量。 在研究拟南芥 (Arabidopsis thaliana)叶片在机械损伤、水分胁迫和菜青虫取食后 150 种基因表达的时机、动态和调控后，发现有一种基因的表达只受昆虫取食诱导 (Reymond et al., 2020)。 Hermsmeier et al. (2020)用 mRNA 差异显示法提供了烟 草在烟草天蛾 (Manduca sexta)攻击下的转录特征，获得了差异显示的 27 个 cDNA，并分析得害虫攻击负向调控参与光合作用的转录产物，而正向调控将碳氮转变为防御物质的防御性转录产物。 将 mRNA 差异显示的反转录 PCR 和磁珠减法杂交结合进一步研究受烟草天蛾攻击下烟草防御反应，克隆了 112 个转录产物 [12]。 ZhuSalzma et al. (2020) 研究了蚜虫（ Schizaphis graminum) 攻击对高粱 (Shum bicolor)mRNA 积累的改变，用 cDNA 差 异性减去法获得 672 cDNA，并从中确定出对蚜虫取食、茉莉酮酸酯（ 甲基茉莉酮酸酯）或水杨酸施用有反应的 82 个转录产物，对损伤后的植物基因表达的研究表明，与防御相关的基因的表达增强，而与生长发育相关的基因受到负向调控。 由此可见，植物在害虫为害后大量的基因表达受到改变，其中部分基因的诱导表达起到抗虫的作用。 Ryan 将植物受损伤后新合成蛋白的解码基因可分为 3 类：抗营养蛋白或防御基因、信号途径基因和蛋白酶基因。 Gatehouse 进一步将受到正向调控的基因分为 3 类：防御基因包括防御蛋白如蛋白酶抑制剂基 因和次生物质合成酶基因；信号途径基因包括那些作为信号的挥发性物质合成相关的基因；改变代谢路径而合成防御物质的基因，如参与蛋白转变的蛋白酶。 在此基础上，本文根据基因在植物防御害虫中的作用将诱导表达的基因分为 3类：基因产物蛋白直接对昆虫有毒害作用的防御蛋白基因，如蛋白酶抑制剂基因；基因蛋白本身对昆虫没有直接的毒害作用，但基因蛋白的直接或间接产物对昆虫有直接或间接防御作用的防御物质合成基因，包括次生物质合成酶基因和其代谢途径基因；基因的直接或间接产物起到防御信号的传播和扩大作用的信号途径基因，如作为信号的挥发性 物质合成相关的基因 [13]。 由于有些信号基因的产物除了起到信号传播作用外还直接对昆虫有防御功能，这时信号途径基因和防御物质合成基因并不能截然分开 西南科技大学本科生毕业论文 16 防御蛋白基因 蛋白酶抑制剂 （ proteinase inhibitor, PIN） 基因 PIN 是小分子蛋白质，对昆虫有防御作用。 PIN 抑制昆虫消化性蛋白酶，导致昆虫由于饥饿而生长迟缓和死亡。 植物受植食性昆虫或机械损伤后诱导PIN mRNA 的 积 累 (Green and Ryan,1972。 Ryan,1981)，且这种积累是局部和系统性的 (Cordero et al.,1994)。 昆虫损伤还诱导玉米、马铃薯、水稻和西红柿的 PIN 基因的表达 (Anderson et al., 1997)。 受损伤诱导的 PIN 基因主要有半胱氨酸蛋白酶抑制剂 CPIN、丝氨酸蛋白酶抑制剂 SPIN 和胰岛素蛋白酶抑制剂 TPIN 基因。 半胱氨酸蛋白酶抑制剂（ cysteine proteinaseinhibitor, CPIN） 基因 CPIN 基因广泛分布于植物中，并已从许多植物中分离出，包括水稻(Abe et al.,1987)，豇豆 (Fernandes et al., 1993)和玉米 (Abe et al.,1992)等。 这些蛋白质都参与植物防御害虫，特别是防御鞘翅目和半翅目昆虫 [14]。 伤口诱导的信号传输途径激活了 CPIN 对害虫和病原菌攻击的反应。 如损伤局部和系统地诱导大豆上的 CPIN cDNA 克隆 R1 和 N2 的转录产物，同时也提高木瓜蛋白酶的活性，这意味着 R1 和 N2 在植物防御中起作用。 丝氨酸蛋白酶抑制剂（ serine proteinase inhibitor, SPIN） 基因 SPIN 特异性地抑制丝氨酸蛋白酶，而且有直接证据表明它们在寄 主植物中防御植食性昆虫的作用。 SPIN 的积累可局部发生于受害部位和系统地发生于远离受害部位的其它器官。 至少在茄科植物， SPIN mRNA 局部和系统性的积累是植物防御反应的一个组成部分，这种反应是由害虫或病原菌攻击发起并由最终调控解码这些蛋白质的基因转录的信号传导所决定的。 胰岛素蛋白酶抑制剂（ trypsin proteinase inhibitor, TPIN） 基因 紫花苜蓿上， TPIN 基因在叶片的表达受损伤诱导。 白杨上一类与 TPIN 类似的 mRNA 也是损伤诱导的 (Hollick and Gordon , 1993)。 黑芥子酶结合蛋白（ myrosinasebinding proteins, MBP） 基因 存在于油菜种子中的 MBP 族的蛋白具有外源凝集素活性，非常高效地结合氨基苯基 α D 甘露糖吡喃糖苷 琼脂糖和一定程度地结合 N 乙酰基葡萄糖胺 琼脂糖。 损伤后 MBP 的转录产物积累于新老叶片上，并且在幼龄植西南科技大学本科生毕业论文 17 株上系统地表达 (Taipalensuu et al., 1997)。 机械损伤和小菜蛾取食都能诱导油菜上 MBP 的转录表达 (Pontoppida al., 2020)。 防御物质合成基因 氧化酶基因 氧化酶中的过氧化物酶和多酚氧化酶都能把植物组织中的成分氧化成毒性物质 (Royo et al., 1996)，所以它们参与植物防御害虫的反应 (Felton et al., 1992。 Dowd and Lagrimi, 1997)。 过氧化物酶基因 过氧化物酶基因表达受损伤的诱导。 阴离子过氧化物酶在大豆叶片上的mRNA 积累是由机械损伤造成的 (Diehn et al.,1993)。 烟草过氧化物酶基因的表达受损伤诱导，先局部后系统地表达 (Hiraga et al., 2020)。 参与乙烯生物合成途径的 AC（ C 1 氨基环丙烷 1 羧酸）氧化酶基因在桃叶片上受损伤诱导表达 [15]。 多酚氧化酶基因 多酚氧化酶明显降低昆虫饲料中的蛋白质的含量，从而减少取食这种饲料的幼虫的生长 (Felton et al., 1992)。 由于多酚氧化酶的表达是由损伤诱导的，所以它很可能参与防御反应 (Constable et al., 1995)。 然而缺乏这种酶对昆虫毒性的直接证据，已经进行的转基因植物实验中，过氧化物酶的大量表达对植物没有明显的保护作用。 细胞色素 P450 单氧酶 基因 细胞色素 P450 单氧酶是依赖亚铁血红素的多功能氧化酶系统，利用 NADPH 和 / 或 NADH 还原裂解二氧化合物成功能性有机物和一分子水。 P450 调节植物次生代谢合成中的许多氧化反应，包括苯基异丙酮和植物抗毒素。 另外一些自然代谢产物包括植物苯基异丙酮、类萜、生物碱、脂肪酸和 GA 前体都是 P450 调控的反应生物合成的。 植物 P450 参与这么多的防御物质的合成意味着植物中的 P450 比哺乳动物更加多样 (Durst et al., 1994)。 但对不同 P450 同工酶在植物中的数量和它们 的表达模式还不清楚。 在植物中检测到的最突出和独特的 P450 活性是反式 苯乙烯酸羟化酶 tCAH 活性 (Schuler, 1996)。 这种酶在苯西南科技大学本科生毕业论文 18 基异丙酮途径中跟随在苯基丙氨酸解氨酶 PAL 之后，催化苯乙烯酸到对香豆酸的转变。 细胞色素 P450 单氧酶基因在豌豆中为损伤所诱导表达 (Frank et al., 1996)。 信号途径基因 脂肪氧合酶（ lipoxygenase, LOX）基因 LOX 是真核细胞中普遍存在的酶，将长链不饱和脂肪酸氧化成它们的过氧化合物。 脂肪氧合酶基因的表达是伤口和病原物攻击 诱导的，是植物内源防御体系的一部分。 如在大豆、马铃薯上的 LOX mRNA 积累可由昆虫攻击引起。 在植物中 LOX 参与激素茉莉酮酸酯的合成，从而调控植物对损伤的反应。 在番茄叶片上，TomLOXD 基因的表达可由损伤诱导， TomLOXD 解码的叶绿体 LOX 是类十八烷防御信号途径的一个组成成分，在植物的害虫防御中起作用。 马铃薯中 LOXH3 基因的反义缺失使得马铃薯降低 PIN 损伤诱导水平，提高取食害虫的重量。 丙二烯氧化合成酶（ allene oxide synthase,AOS）基因 丙二烯氧化 合成酶催化游离脂肪酸氧化衍生的过氧化氢物生物合成丙二烯环氧化物，提供植物激素茉莉酮酸酯合成的前体 (Sivasankar et al., 2020)。 在番茄叶片上，损伤可诱导丙二烯氧化合成酶基因表达 (Sivasankar et al., 2020)，在拟南芥上也有同样情况 (Laudert and Weiler, 1998)。 在亚麻 (Linum usitatissimum)中，机械损伤可提高受害叶和远离受害叶的植物组织的 AOS 基因的表达。 损伤诱导的 AOS 基因表达的积累需要重新生物合成参与调控 AOS 基因表达的信号传输途径的蛋白质，而且 AOS mRNA 的积累与茉莉酮酸酯水平的提高相关 [16]。 损伤引起细胞质的 AOS 提高茉莉酮酸酯的水平，由此来间接或直接提高植物防御基因的表达。 其它基因还有一些基因被损伤或昆虫取食诱导表达，但是具体的功能未确定。 如在野生型拟南芥上，损伤快速诱导 coronatine 诱导的基因 (Benedett。