【摘 要】
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番茄(Solanum lycopersicum)是世界第一大蔬菜作物,由青枯雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的青枯病是番茄生产中的重要土传性细菌病害之一。青枯菌宿主范围大、分布范围广和在土壤中存在持久,实际生产中极难防治。近年来,蛋白质组学技术已广泛应用于植物抗病基因的挖掘与分析。为了解析番茄青枯病抗性的潜在分子机制,本研究利用TMT(Tandem mass tag)技
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番茄(Solanum lycopersicum)是世界第一大蔬菜作物,由青枯雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的青枯病是番茄生产中的重要土传性细菌病害之一。青枯菌宿主范围大、分布范围广和在土壤中存在持久,实际生产中极难防治。近年来,蛋白质组学技术已广泛应用于植物抗病基因的挖掘与分析。为了解析番茄青枯病抗性的潜在分子机制,本研究利用TMT(Tandem mass tag)技术对感染/未感染青枯菌GMI1000的番茄进行了定量蛋白质组学分析,获得了差异表达蛋白。对差异表达蛋白进行GO注释分析、亚细胞定位预测、KEGG富集分析等,从中筛选到泛素连接酶SlATL31和热激蛋白SlHSP90-1两个差异上调蛋白,并分别以两者作为研究对象,开展致病性分析、酶活性检测、抗病相关事件分析以及基因表达检测。结果如下:1.番茄应答青枯菌侵染的蛋白质组学分析选取长势一致的6叶期番茄幼苗,叶片注射接种GMI1000,以10 mM MgCl2为对照,24 h后取样送测。基于TMT技术,共鉴定到6207个蛋白质,筛选到了438个差异蛋白质,包括310个上调表达蛋白质和128个下调表达蛋白质。GO注释表明这些蛋白质参与细胞生物合成代谢和胁迫应答反应等生物学过程。亚细胞定位预测表明,差异蛋白定位于叶绿体、细胞质、细胞核、细胞质膜和线粒体等。KEGG分析表明,部分差异蛋白被富集到植物与病原体互作、苯丙烷类生物合成、MAPK信号等通路。2.SlATL31调控番茄青枯病抗性的机制研究成功克隆了SlATL31基因,构建了瞬时表达载体pEGAD-SlATL31和病毒诱导的基因沉默载体pTRV2-SlATL31。亚细胞定位分析显示,GFP-SlATL31融合蛋白定位于本氏烟叶片细胞质和细胞核。实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测显示,TRV接种14天后SlATL31表达显著下调,获得基因沉默植株。致病性分析显示,过表达SlATL31显著抑制GMI1000的生长,基因沉默植株则对GMI1000更加易感。免疫组织化学显示,SlATL31正调控GMI1000接种后番茄叶片的细胞死亡和活性氧(ROS)积累。酶活性检测表明,SlATL31对GMI1000接种后番茄叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性没有影响。过表达SlATL31后,水杨酸(SA)含量无显著变化,茉莉酸(JA)含量降低。RT-qPCR分别检测SA和JA信号通路防御基因表达,结果显示,GMI1000接种后,SlATL31对SA信号通路相关基因SlPR1a转录水平无显著影响,但过表达SlATL31导致JA信号通路相关基因SlPI-Ⅱ转录水平显著降低,与JA含量变化结果一致,而基因沉默植株JA信号通路防御基因SlPI-Ⅱ没有显著变化。以上结果表明,SlATL31作为番茄青枯病抗性的正调控因子,在番茄PTI和ETI免疫反应中发挥一定功能。3.SlHSP90-1调控番茄青枯病抗性机制研究成功克隆了SlHSP90-1基因,构建了瞬时表达载体pEGAD-SlHSP90-1和病毒诱导的基因沉默载体pTRV2-SlHSP90-1。亚细胞定位分析显示,GFP-SlHSP90-1融合蛋白定位于本式烟叶片细胞质。RT-qPCR检测显示,TRV接种14天后SlHSP90-1表达没有显著变化。致病性分析显示,过表达SlHSP90-1显著抑制GMI1000的生长。免疫组织化学分析显示,SlHSP90-1过表达正调控GMI1000接种后番茄叶片的细胞死亡和ROS积累。酶活性检测显示,SlHSP90-1过表达对GMI1000接种后番茄叶片SOD、CAT和POD活性没有影响。过表达SlHSP90-1后,SA含量无显著变化,JA含量降低。RT-qPCR分别检测SA和JA信号通路防御基因表达,结果显示,过表达SlHSP90-1导致GMI1000接种后SA信号通路防御基因SlPR1a显著上调,JA信号通路防御基因SlPI-Ⅱ显著下调。以上结果表明,SlHSP90-1过表达正调控番茄青枯病抗性。综上所述,本研究共鉴定到310个上调表达蛋白质和128个下调表达蛋白质。其中,大部分差异蛋白被富集到植物与病原体互作信号通路。以SlATL31和SlHSP90-1作为研究对象,通过瞬时表达和病毒诱导的基因沉默载体,经致病性、酶活、抗病相关事件和基因表达分析表明SlATL31和SlHSP90-1正调控番茄青枯病抗性。本研究初步解析了SlATL31和SlHSP90-1调控番茄青枯病抗性的机制,为后续实际应用提供了理论依据。
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