论文部分内容阅读
植物病毒是一类重要的植物病原，对农作物造成严重危害，导致巨大经济损失。病毒在侵染过程中，植物体内的多种抗性途径也会发挥作用，抑制病毒的侵染，减轻病害的严重程度。进一步发掘植物体内参与抗性途径的生物大分子对于了解病毒—植物相互作用、提出新型抗病策略具有重要意义。
在前期对马铃薯X病毒(Potato Virus X，PVX)和芜菁花叶病毒(Turnip mosaicvirus，TuMV)侵染本氏烟(Nicotiana Benthamiana)小RNA转录组测序数据分析的基础上，发现病毒侵染导致本氏烟AGD2-like defense response protein1基因(NbALD1)和miR166h-p5(nbe-miR166h-p5)的上调表达，我们对该基因和miRNA在病毒侵染过程中的功能展开了深入研究。
ALD1编码一种氨基转移酶，在哌啶酸(pipecolic acid，Pip)合成过程中起重要作用。有研究表明，哌啶酸是植物系统获得抗性的关键因子;ald1突变体植株相比野生型植株更易感染P.s.tomato DC3000;表达ALD1的拟南芥植株对P.s.tomato DC3000抗性增强;同时，表达ALD1的水稻植株对稻瘟病菌的抗病性也增强。但是，ALD1在病毒侵染过程中的功能尚不清楚。本研究中，qRT-PCR证实NbALD1在TuMV侵染植株体内上调表达;利用烟草脆裂病毒(Tobacco rattlevirus，TRV)诱导的沉默系统沉默NbALD1未对植株的正常生长发育造成显著影响;在NbALD1沉默植株上接种TuMV-GFP，发现接种叶上荧光斑点数量显著增加，病毒的积累量也显著增加，并且病毒系统侵染率明显加快;外源施加哌啶酸会提高野生型和NbALD1沉默植株对TuMV的抗病性。沉默NbALD1后分别接种PVX和烟草花叶病毒(Tobacco mosaic virus，TMV)，也得到相同的结果，这表明NbALD1沉默有利于TuMV、PVX和TMV的侵染。进一步研究结果表明，NbALD1沉默会降低植株体内水杨酸的含量和水杨酸信号途径下游基因NPR1的表达量;外源施加哌啶酸也会在一定程度上提高转NahG植株对病毒的抗病性，但不能完全恢复抗性，暗示着沉默NbALD1引起的对植株的易感性不仅仅是依赖水杨酸途径下调导致，可能还有其他途径参与其中。进一步研究发现，沉默NbALD1提高了植株体内乙烯前体的含量。而沉默乙烯途径关键基因ACS1、ACO1、EIN2增强了植株对TuMV的抗性;同时，外源施加乙烯前体ACC促进了TuMV的侵染。因此，我们推测NbALD1沉默可能导致乙烯途径的上调提高对TuMV的易感性。这些结果说明NbALD1除了正向调控SA途径参与抗性过程之外，还负向调控乙烯途径参与了抗病毒侵染过程。
越来越多的研究表明，miRNA在病毒侵染过程中发挥重要调节作用。我们分析PVX侵染后本氏烟miRNA表达谱变化发现，nbe-MIR166h前体上5端产生的nbe-miR166h-p5积累量增加，进一步分析发现，nbe-miR166h-p5的沉默导致植株叶片浓绿;在沉默nbe-miR166h-p5的植株上接种PVX后，PVX侵染所引起的黄化症状明显减弱，叶绿素含量的下降也有一定程度的缓解;并伴随着PVX积累量大量减少。在TuMV和辣椒轻斑驳病毒(Pepper mild mosaic virus，PMMoV)侵染的植株中nbe-miR166h-p5的转录水平也有显著提高。沉默nbe-miR166h-p5后也会减轻TuMV和PMMoV侵染后所引起的黄化症状、叶绿素含量的降低，并且降低了病毒的积累量。同时，我们预测了nbe-miR166h-p5的三个靶基因，并进行了验证。结果表明nbe-miR166h-p5与PVX等病毒侵染产生的症状相关，并可能参与了植物抗病毒过程。
综上所述，本研究揭示了NbALD1通过正向调控SA途径，负向调控乙烯途径参与了植物抗病毒侵染过程;nbe-miR166h-p5通过其表达水平变化参与了植物病毒的症状表现，并可能参与植物抗病毒过程。这些研究对深入了解寄主组分是如何参与抗病的过程有重要的价值。
在前期对马铃薯X病毒(Potato Virus X，PVX)和芜菁花叶病毒(Turnip mosaicvirus，TuMV)侵染本氏烟(Nicotiana Benthamiana)小RNA转录组测序数据分析的基础上，发现病毒侵染导致本氏烟AGD2-like defense response protein1基因(NbALD1)和miR166h-p5(nbe-miR166h-p5)的上调表达，我们对该基因和miRNA在病毒侵染过程中的功能展开了深入研究。
ALD1编码一种氨基转移酶，在哌啶酸(pipecolic acid，Pip)合成过程中起重要作用。有研究表明，哌啶酸是植物系统获得抗性的关键因子;ald1突变体植株相比野生型植株更易感染P.s.tomato DC3000;表达ALD1的拟南芥植株对P.s.tomato DC3000抗性增强;同时，表达ALD1的水稻植株对稻瘟病菌的抗病性也增强。但是，ALD1在病毒侵染过程中的功能尚不清楚。本研究中，qRT-PCR证实NbALD1在TuMV侵染植株体内上调表达;利用烟草脆裂病毒(Tobacco rattlevirus，TRV)诱导的沉默系统沉默NbALD1未对植株的正常生长发育造成显著影响;在NbALD1沉默植株上接种TuMV-GFP，发现接种叶上荧光斑点数量显著增加，病毒的积累量也显著增加，并且病毒系统侵染率明显加快;外源施加哌啶酸会提高野生型和NbALD1沉默植株对TuMV的抗病性。沉默NbALD1后分别接种PVX和烟草花叶病毒(Tobacco mosaic virus，TMV)，也得到相同的结果，这表明NbALD1沉默有利于TuMV、PVX和TMV的侵染。进一步研究结果表明，NbALD1沉默会降低植株体内水杨酸的含量和水杨酸信号途径下游基因NPR1的表达量;外源施加哌啶酸也会在一定程度上提高转NahG植株对病毒的抗病性，但不能完全恢复抗性，暗示着沉默NbALD1引起的对植株的易感性不仅仅是依赖水杨酸途径下调导致，可能还有其他途径参与其中。进一步研究发现，沉默NbALD1提高了植株体内乙烯前体的含量。而沉默乙烯途径关键基因ACS1、ACO1、EIN2增强了植株对TuMV的抗性;同时，外源施加乙烯前体ACC促进了TuMV的侵染。因此，我们推测NbALD1沉默可能导致乙烯途径的上调提高对TuMV的易感性。这些结果说明NbALD1除了正向调控SA途径参与抗性过程之外，还负向调控乙烯途径参与了抗病毒侵染过程。
越来越多的研究表明，miRNA在病毒侵染过程中发挥重要调节作用。我们分析PVX侵染后本氏烟miRNA表达谱变化发现，nbe-MIR166h前体上5端产生的nbe-miR166h-p5积累量增加，进一步分析发现，nbe-miR166h-p5的沉默导致植株叶片浓绿;在沉默nbe-miR166h-p5的植株上接种PVX后，PVX侵染所引起的黄化症状明显减弱，叶绿素含量的下降也有一定程度的缓解;并伴随着PVX积累量大量减少。在TuMV和辣椒轻斑驳病毒(Pepper mild mosaic virus，PMMoV)侵染的植株中nbe-miR166h-p5的转录水平也有显著提高。沉默nbe-miR166h-p5后也会减轻TuMV和PMMoV侵染后所引起的黄化症状、叶绿素含量的降低，并且降低了病毒的积累量。同时，我们预测了nbe-miR166h-p5的三个靶基因，并进行了验证。结果表明nbe-miR166h-p5与PVX等病毒侵染产生的症状相关，并可能参与了植物抗病毒过程。
综上所述，本研究揭示了NbALD1通过正向调控SA途径，负向调控乙烯途径参与了植物抗病毒侵染过程;nbe-miR166h-p5通过其表达水平变化参与了植物病毒的症状表现，并可能参与植物抗病毒过程。这些研究对深入了解寄主组分是如何参与抗病的过程有重要的价值。