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近几年,随着葡萄种植面积的不断扩大,各地之间插条苗木交换日益频繁,葡萄病害日渐严重。由葡萄霜霉病菌引起的葡萄霜霉病已成为一种世界性真菌病害,它在葡萄的栽培和生长过程中极易发生,严重地影响了葡萄的生长和果实的产量及品质。
本论文以对霜霉病不同抗性的2个葡萄品种“左优红”和“霞多丽”一年生健康叶片为材料,利用分子生物学和植物生理学试验手段,结合药理学试验,从分子和组织水平分别探讨了葡萄多磷酸肌醇激酶(inositolpolyphosphatekinase,IPK2)基因VvIPK2在葡萄应答霜霉病过程中的作用,及其与过氧化氢(hydrogenperoxide,H2O2)、葡萄病原相关蛋白1基因(VvPR1)、苯丙氨酸解氨酶(phenylalanineammonia-lyase,PAL)和几丁质酶(chitinase,Cht)的关系,以期为深入了解葡萄抗霜霉病机制提供依据。
利用同源克隆法,以葡萄品种“左优红”试管苗为材料,克隆了VvIPK2,测序结果表明,扩增片段大小为918bp,编码305个氨基酸,ClustalW2软件分析比较,结果表明“左优红”VvIPK2编码产物与GeneBank中提交的“黑比诺”氨基酸序列同源性达99.7%相同;而与抗性品种“F-242”氨基酸同源性达98.0%相同。
外施IPK2的抑制剂棉子酚(gossypol),H2O2及其清除剂抗坏血酸(ascorbicacid,AsA)观测其在抵御葡萄霜霉病中的作用。发现0.1%H2O2预处理后接种葡萄霜霉病菌能提高感病品种“霞多丽”对葡萄霜霉病的抵抗能力,其感病率降低了23.4%;H2O2清除剂AsA或IPK2抑制剂gossypol预处理后,抗病品种“左优红”叶片感病情况加重,感病率上升。由此可知,H2O2和IPK2均可提高葡萄对葡萄霜霉病的抗性。
以对霜霉病不同抗性的2个葡萄品种“左优红”和“霞多丽”试管苗为材料,利用分子生物学和植物生理学实验手段,结合药理学实验,探讨了葡萄应答霜霉病过程中VvIPK2的作用机制。结果表明,接种霜霉病菌后一定时间内葡萄叶片VvIPK2相对表达量增加,PAL和Cht活性升高;IPK2抑制剂能显著降低葡萄霜霉病菌所引起的抗性品种“左优红”叶片PAL和Cht活性的变化,说明VvIPK2位于的PAL和Cht上游参与葡萄应答霜霉病过程。
本论文同时研究了在应答葡萄霜霉病中VvIPK2与H2O2的关系,结果发现,接种葡萄霜霉病菌后H2O2含量的上升,外源H2O2及H2O2清除剂AsA和H2O2合成酶抑制剂二苯基碘(dibenziodolium,DPI)能逆转葡萄霜霉病菌所引起的抗性品种“左优红”叶片PAL和Cht活性的变化,且IPK2抑制剂对葡萄霜霉病菌引起的H2O2水平变化没有影响;清除H2O2可减弱葡萄霜霉病菌对VvIPK2相对表达量的诱导效应。推测,H2O2位于VvIPK2的上游参与葡萄应答霜霉病过程。
PR1亦是与植物抗病性密切相关的病原相关蛋白,那么PR1是否也参与了由VvIPK2介导的抗病反应?利用同源克隆法以“左优红”组培苗叶片为材料,克隆了葡萄病原相关蛋白基因VvPR1。利用实时定量PCR检测了不同处理下的VvPR1的相对表达量变化,发现接种霜霉病菌后,VvPR1相对表达量提高,在24h达最大值;水杨酸(salicylicacid,SA)、脱落酸(abscisicacid,ABA)、茉莉酸(jasmonateacid,JA)、硫氢化钠(sodiumhydrosulfide,NaHS)、硝普钠(sodiumnitroprusside,SNP)能诱导VvPR1的表达,同时在低温、盐胁迫、干旱条件下VvPR1的表达亦略有升高。IPK2抑制剂、H2O2清除剂及合成酶抑制剂均能减弱葡萄霜霉病菌所引起的抗性品种“左优红”叶片VvPR1相对表达量变化;外源H2O2能够上调VvPR1的表达。这些结果说明VvPR1是位于VvIPK2和H2O2下游的参与葡萄应答霜霉病的重要病原蛋白。
综合以上实验结果可以初步得出结论,VvIPK2是葡萄抵御霜霉病的重要组分,葡萄应答霜霉病的过程中存在H2O2→→VvIPK2→→VvPR1、PAL、Cht信号通路,它们共同参与了葡萄的对霜霉病的防御。