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蛋白酶抑制剂(proteinase inhibkor,PI)是能够抑制蛋白水解酶活性的一类多肽或蛋白质,普遍存在于植物中。许多研究表明,PI与植物的抗病有关。在实验室前期的工作中,发现蛋白酶抑制剂可以抑制黄曲霉。了解植物中蛋白酶抑制剂在植物抵御病原菌过程中是何时开始表达及其表达量,是阐明植物抗病过程和抗病机制的重要环节。在实验室前期研究的基础上,以花生(Arachis hypogaea L.)种子汕油523为材料,对花生种子中蛋白酶抑制剂在分子水平上进行了时空表达研究。
通过半定量RT-PCR,发现PI在种子、叶中出现高表达,其次是根,在茎和花中表达量较低,说明PI在花生中的表达具有明显的组织空间特异性。
采用同样的方法,发现无论是种子还是果壳中PI表达量均随着发育天数的增加而逐渐升高。在种子发育40 DAP时PI的表达量出现最大值,而在果壳发育56 DAP时PI表达量最大。通过底物法测定其蛋白酶抑制活性和免疫组织化学定位的方法,也证实了上面的结论。
半定量RT-PCR研究发现PI在种子萌发过程中随着萌发天数的增加表达量而下降。在萌发2d时PI的表达量突然增加,估计与种子萌发初期的自我保护有关,4d后的表达量下降,6d出现表达量上升,在之后的8~12d期间开始下降。测定其蛋白酶抑制活性和免疫组化也得到了一致的结论。
花生种子受黄曲霉菌侵染时,PI的表达与正常萌发种子中PI的表达明显不同。在侵染前期(0~6d),PI的表达量会有所下降,但在侵染中后期(8~12d)PI的表达量明显上升。有种皮花生受黄曲霉侵染的子叶中PI表达量要低于去种皮的,时间进程上也缓慢于去种皮花生子叶中PI的表达。可以认为,PI作为病程相关蛋白,在黄曲霉菌侵染过程中有所应答,以保护花生种子不受黄曲霉菌的侵染。
上述的研究结果可以从理论上进一步了解PI的生理作用和在花生抗黄曲霉中的作用。在此基础上,生产上通过提高PI基因的表达,也许可以帮助改善花生对黄曲霉的抗性,减轻黄曲霉的危害,进而为生产实际提供帮助。