芥子油苷是十字花科植物中特有的重要次生代谢产物。由色氨酸衍生而来的吲哚族芥子油苷在拟南芥抗病防御反应中扮演重要角色,不但可以通过其降解产物的抗菌活性直接限制病原菌的生长,还可以作为信号分子触发植物界高度保守的免疫反应。如在拟南芥中,吲哚族芥子油苷的降解产物参与由病原菌诱导的细胞壁胼胝质积累、细胞程序性死亡及系统获得性抗性等重要的抗病免疫反应。此外,吲哚族芥子油苷和植物生长素IAA有共同的合成前体,其代谢过程与IAA的合成密切相关,因此吲哚族芥子油苷可能对植物生长发育有重要作用,但目前人们对这方面的认知还十分有限。鉴于吲哚族芥子油苷在抗病防御反应中作用的多样性和复杂性以及人们对其在生长发育中作用认知的局限性,对吲哚族芥子油苷的生理功能进行深入系统的研究意义重大。MYB51是调控吲哚族芥子油苷合成的重要转录因子,本研究以MYB51基因的缺失突变体为材料,flg22(来源于细菌鞭毛蛋白的22个氨基酸肽,一种保守的可诱发植物免疫反应的结构)为防御反应的诱导因子,对野生型和myb51拟南芥在flg22处理前后的转录组进行了对比分析,对MYB51在抗病防御反应和生长发育中的作用有了新的认识,主要研究结果有两个方面:1.尽管myb51在非胁迫条件下没有显著的形态学表型,但转录组数据分析表明MYB51对正常生长条件下许多生物学过程有着深刻的影响,特别是对细胞壁的发育可能具有调控作用。我们根据差异表达基因分析结果,对种皮粘液分泌过程进行了深入研究,结果表明:1)吲哚族芥子油苷缺失影响种皮粘液细胞的发育,造成种子表皮结构的改变,同时导致种皮粘液分泌的缺陷;2)脂肪族芥子油苷的缺失同样造成了种皮结构的变化和粘液分泌的缺陷,说明两种不同侧链结构的芥子油苷均参与调控种皮粘液的分泌过程,因此这种调控作用可能取决于芥子油苷的核心结构;3)种皮粘液分泌调控网络中关键节点基因的实时荧光定量PCR分析表明,芥子油苷缺失突变体中α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶BXL1和过氧化物酶PRX36的编码基因表达量显著降低,而这两个酶在种皮粘液细胞的发育和粘液形成过程中均有重要作用,因而芥子油苷很可能是通过调控这两个酶的表达来参与种皮粘液分泌过程的。2.对myb51和野生型拟南芥进行flg22应答基因的对比分析,结果表明:1)除了目前已知的MYB51的抗病机制外,MYB51可能还参与了很多其他的病原菌防御过程,包括病原菌识别、信号转导和PR蛋白激活等;2)WRKY家族中的某些成员,如WRKY33和WRKY40在植物抗病免疫反应中起重要调控作用,可直接作用于MYB51启动子上游,调控吲哚族芥子油苷的合成。在野生型中WRKY33和WRKY40是众多flg22应答基因中的节点基因,而在myb51中对flg22的响应产生了缺陷,且不再是节点基因。这说明MYB51对于其上游的调控因子WRKY具有正向反馈调节作用;3)乙烯(ET)是植物免疫反应中的重要激素,在病原菌作用下,ET信号途径可诱导MYB51的表达,促进吲哚族芥子油苷的合成,从而激活细胞壁胼胝质累积过程,是位于MYB51上游的重要调控因子。与WRKY相似,ET途径中部分重要转录因子对flg22的响应也是依赖于MYB51的,说明MYB51对其上游的ET信号途径也具有正向反馈调控作用。由此可见,MYB51对于其上游的调控因子具有正向反馈调节作用,因此可以间接影响更多的防御过程。