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随着分子生物学理论和技术的发展,植物的诱导抗病性己成为植物病理学研究的热点。水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯( MeJA)作为外源的非生物类激发子,已被证实可以诱导水稻的抗瘟性,但目前对于SA和MeJA所诱导的水稻抗病性机制仍缺乏系统的认识和了解。近些年来受到广泛关注的蛋白质组学研究,为从蛋白质整体水平了解SA和MeJA诱导的水稻抗病性机制提供了新的思路和技术平台。
本研究以近等基因系水稻C101LAC(含Pi-1抗稻瘟病基因)及其背景品系C039(不含已知抗病基因)为材料,用外源激发子SA(0.1mmol/L)和MeJA(0.1mmol/L)喷雾处理水稻,经不同时间取样,对水稻重要防御性酶的活性及内源SA的变化进行了分析;同时应用双向电泳、图像分析、质谱鉴定等蛋白质组学技术,对SA和MeJA诱导的水稻叶片蛋白差异表达进行了分析,拟为其诱导的水稻抗病性机制奠定基础,并挖掘更多的抗性蛋白质信息。实验结果如下:
1、对外源SA和MeJA诱导水稻抗性相关防御酶及内源SA的变化的研究结果表明:在0.1mmol/L的SA和0.1mmol/L MeJA处理后,近等基因系水稻C039和C101LAC叶片中的苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)和脂氧合酶(LOX)活性在两个不同水稻品系中均在早期上升,与C039相比,C101LAC中的3种酶的诱导活性增加明显、速度快;对病程相关蛋白β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶的测定结果表明,C101LAC中2种酶的活性出现的高峰期和强度也明显要早和高于C039;对内源SA的测定结果表明,两个品系水稻的SA含量均没有明显的变化。
2、用外源SA和MeJA处理以C039为背景的近等基因系水稻,分别于8h、12h、24h、48h后取样,用改良的PEG-4000预沉淀法提取水稻叶片总蛋白,经2-DE分离,获得了不同时间段的双向电泳图谱;用PDquest8.0软件对2-DE图谱进行图像分析,分别获得了43个和42个差异表达蛋白质。
3、采用MALDI-TOF-TOF质谱技术,成功对上述43个和42个差异表达蛋白质进行了鉴定。经生物信息学分析,按照蛋白质功能,可将外源SA诱导的43个差异表达蛋白质分为6类,其中代谢相关蛋白质20个,信号转导相关蛋白质1个,氧化还原相关蛋白质6个,调控相关蛋白质7个,病程相关蛋白质4个,能量相关蛋白质3个,功能未知蛋白质2个;外源MeJA诱导的42个差异表达蛋白质也可分为6类,其中代谢相关蛋白质19个,信号转导相关蛋白质3个,氧化还原相关蛋白质1个,调控相关蛋白质5个,病程相关蛋白质2个,能量相关蛋白质10个,功能未知蛋白质2个。
4、按照差异表达蛋白质的功能及在不同水稻品系中的变化进行分析,SA和MeJA诱导的水稻抗性机制差异可能与抗性相关蛋白质在不同水稻品系中的种类差异有关、或同一差异表达蛋白质的表达时间和表达量的差异有关;这些差异可能正是构成两个品系抗病性不同的原因。