CaMAPK1在辣椒应答青枯菌侵染中的作用及其与CaWRKY17和CaWRKY40的互作分析

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促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)在植物体应答不同的逆境胁迫中起着十分关键的作用。目前,MAPK在植物应答逆境方面的分子机制上的相关探究多数只存在于如拟南芥、水稻等模式植物之中,而在辣椒等茄科植物中的研究报道并不多见。为了阐明MAPK信号级联在辣椒应答病原菌侵染方面相关的作用,本研究主要对辣椒MAPK家族成员之一的CaMAPK1的结构、功能及其在抗青枯病方面的作用做了初步的分析研究,主要结果如下:  (1)从辣椒的cDNA文库之中分离得到一个含 STK-c保守结构域的全长cDNA,该cDNA含有1119 bp的开放读码框,推导其氨基酸序列长度为372个,与拟南芥、水稻、番茄这些高等模式植物之间的氨基酸序列有着较高的同源性,分别为91%,86%和98%的氨基酸序列同源性,并命名为CaMAPK1。除此以外,从辣椒基因组DNA中分离获得该基因cDNA上游长度为1500bp的启动子序列,命名为pCaMAPK1;  (2)使用了荧光定量PCR技术检测了青枯菌接种以及喷施外源激素后CaMAPK1的表达模式。研究发现,CaMAPK1的转录表达不但在青枯菌接种下可以诱导表达,且在外源激素脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、油菜素内酯(BR)、乙烯(ET)等处理下同样呈现出上调表达。此外在青枯菌接种以及各种外源激素处理下,CaMAPK1启动子可以驱动下游GUS报告基因的表达,与该基因的转录表达模式相似,说明该基因在辣椒应答各种生物以及非生物逆境胁迫中可能有调控作用;  (3)通过采取功能获得和功能缺失的方法对辣椒在应对接种青枯菌过程当中的作用以及可能的作用方式进行了深入探究。结果表明,CaMAPK1在辣椒植株上的瞬时超表达能够明显激活细胞死亡,并诱导多种防御反应相关的标记基因的上调表达,如MeJA-应答相关基因CaDEF、乙烯-应答相关基因CaACO和过敏反应相关基因CaHIR1等。而另一方面,CaMAPK1的病毒诱导基因沉默的辣椒植株对青枯菌侵染表现出敏感,同时伴随这抗病相关的标记基因转录表达的明显下降。  (4)通过双分子荧光互作(BiFC)发现CaMAPK1可与CaWKRY40互作,且互作发生在保卫细胞的细胞质;CaMAPK1也与CaWKRY17互作,该互作主要发生在叶肉细胞的细胞膜上。本研究还进一步分析了CaMAPK1瞬时超表达对CaWKRY17和CaWKRY40的转录表达的影响。结果表明,CaMAPK1的瞬时超表达可显著提高CaWKRY17和CaWKRY40的转录表达水平。  综上所述,本研究结果表明CaMAPK1基因在辣椒抵抗青枯病侵染中起着一定作用,且可能在ABA、MeJA、ET、BR和SA信号通路介导的辣椒抗青枯病中有着关键的调节作用。此外还与CaWKRY17和CaWKRY40存在直接互作。
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