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水稻SPL5基因在抗病應答中負調控5-羥色胺的生物合成

瀏覽次數:6335 發布日期:2015-7-29  來源:上海伯豪生物技術有限公司
 本研究是由浙江師范大學化學與生命科學學院完成,本文的通訊作者是馬伯軍教授。
 
背景簡介
超敏反應(hypersensitive response,HR)是一種植物特有的防御機制,是指植物在受到病原菌侵染后,在侵染部位誘發細胞死亡,從而有效阻止病原菌增殖的防衛反應。水稻spl5spotted leaf 5)突變體能自發產生類似HR的細胞壞死斑(lesion),并顯著性增強對病原菌的抗性,表明SPL5基因在細胞死亡和抗病應答中起負調控的作用,但是SPL5介導的調控途徑及其分子機制尚不清楚。
 
文章亮點
本研究利用基因芯片技術,分析了水稻spl5突變體與野生型對照葉片組織的轉錄組水平,發現幾百個基因在spl5突變體中的表達上調或下調,其中有相當一部分基因的功能與生物性防御反應或活性氧代謝有關。同時,根據芯片數據以及qPCR的驗證,都表明1個轉錄因子OsWRKY14基因和5-羥色胺(Serotonin)生物合成的關鍵酶基因,鄰氨基苯甲酸合成酶(AS),吲哚-3-甘油磷酸合成酶(IGP),色氨酸合成酶(TS)和色氨酸脫羧酶(TDC),在spl5突變體均顯著性上調。有文獻曾報道水稻OsWRKY14正調控TSTDC基因的表達。因此,推測OsWRKY14很可能調節5-羥色胺的生物合成生產。高效液相色譜(HPLC)測定進一步證實spl5突變體中5-羥色胺的含量顯著性高于野生型。
由于5 -羥色胺在植物抗病應答中起著至關重要的作用,它可以激活下游PR(Pathogen related)基因的表達。所以,spl5突變體中5 -羥色胺含量的升高很可能是其抗病性增強的原因之一,SPL5基因作為負調控因子,通過轉錄因子OsWRKY14調節5 -羥色胺的生物合成,從而介導了水稻的抗病應答。本研究中Affymetrix rice 44k gene chips的技術服務由上海伯豪提供
 
結果解析
本研究分別比較了spl5突變體的少壞死斑葉片(few lesion, FL)、多壞死斑葉片(more lesion, ML)與野生型對照葉片(WT)間的轉錄組水平差異,在spl5-FL中檢測到243個差異表達基因(176上調,67下調),在spl5-ML檢測到896個(445上調,451下調),208個差異表達基因是spl5-FL和spl5-ML中共有的,涉及20類不同的生物學功能,包括其中防衛應答、氧化還原、逆境脅迫、氨基酸代謝等等。
根據芯片數據和qPCR驗證,表明5-羥色胺生物合成的關鍵酶基因:鄰氨基苯甲酸合成酶(AS)、吲哚-3-甘油磷酸合成酶(IGP)、色氨酸合成酶(TS)和色氨酸脫羧酶(TDC),及其轉錄因子OsWRKY14基因在spl5突變體均顯著性上調。
利用高效液相色譜技術,檢測了spl5突變體和野生型中5-羥色胺(Serotonin)及其前體色氨酸(Tryptophan)的含量,結果表明Tryptophan與Serotonin的含量在spl5突變體中顯著性上調。
根據實驗結果,對SPL5基因調控機制提出了一個可能的模型:SPL5基因負調控轉錄因子OsWRKY14的表達,通過OsWRKY14介導水稻5-羥色胺的生物合成,5-羥色胺的積累促進PR基因的表達,從而激活水稻的抗病應答反應。
 
原文出處:Bin Jin, Xinru Zhou, Baolin Jiang, Zhimin Gu, Pinghua Zhang, Qian Qian, Xifeng Chen and Bojun Ma. Transcriptome profiling of the spl5 mutant reveals that SPL5 has a negative role in the biosynthesis of serotonin for rice disease resistance. Rice. 2015, 8: 18
發布者:上海伯豪生物技術有限公司
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