植物-病原菌互作过程中抗氰呼吸作为植物过敏反应节点的分子基础研究

Plant - pathogen interaction in the process of plant allergic reactions, has been a concern of plant pathologists, including rapid regulation of cell death mechanism, the key path there are many unsolved mysteries to be further studied.In this study, we compared the rapid apoptosis of plant cells and the difference of animal cell apoptosis mechanism, and combined with the accumulation of laboratory research, the plant-pathogen interaction process of plant cyanide-resistant respiration is the hypersensitivity node hypothesis, and to the wheat allergic reaction induced by Puccinia striiformis West and the rice allergic reaction induced by Xanthomonas oryzae pv.oryzae (Ishiyama)were used as experimental system to study the molecular basis of this hypothesis.Through the study of this project, it is possible to clarify the precise regulation mechanism and key pathways of rapid programmed cell death in plant allergic reactions induced by pathogens.As far as possible to reveal the plant-pathogen interaction process of plant cyanide-resistant respiratory allergic reaction node molecular basis.

植物-病原菌互作过程中的植物过敏反应现象，一直是植物病理学家关心的问题，其中细胞快速程序性死亡的精确调控机制、关键通路尚有许多未解之谜，有待深入研究。本课题组通过比较植物细胞快速程序性死亡与动物细胞凋亡机制的差异，并结合本实验室的研究积累，提出植物-病原菌互作过程中植物抗氰呼吸是过敏反应节点的假说，并拟以小麦锈菌诱导的小麦过敏反应、水稻白叶枯病菌诱导的水稻过敏反应为实验体系，研究这一假说的分子基础。相信通过本项目的研究，能够部分阐明病原菌诱导的植物过敏反应中细胞快速程序性死亡的精确调控机制及关键通路，初步揭示植物-病原菌互作过程中植物抗氰呼吸成为过敏反应节点的分子基础。

(1) 小麦接种锈菌增加了叶片中aox1a和aox1c的表达，aox1a的表达在接种前7天呈上升趋势，在接种后7天呈下降趋势，aox1c和cox表达无规律；线粒体离体实验显示小麦接种锈菌后线粒体呼吸发生了变化，当使用苹果酸作为底物时，线粒体活性和AOX、MDH活性增强；线粒体ETC诱导电子通过非质子p的能力增强；台盼蓝染色、DAB染色和电解质渗漏试验均提示接种锈菌后细胞死亡增加，DAB染色和电解质渗漏试验证实，这种细胞死亡源于氧自由基活性升高，当细胞转向AOX呼吸时，可能会产生更多的用于信号转导的自由基。上述结果表明，AOX在植物的生物胁迫中发挥着重要作用，能对代谢和呼吸活动的变化做出快速反应。.(2) 软腐细菌接种烟草叶片后表现出抗氰呼吸速率以及所占总呼吸比值的增加；同时过敏性细胞死亡特征显示，烟草叶片在软腐细菌侵染12h时已有细胞死亡并表现出过敏性病斑，被Typan blue染成蓝色。DAPI染色后用荧光观察发现，烟草叶片在软腐细菌诱导12h表现出明显的染色质浓缩；同时细胞色素c开始流失。当抗氰呼吸途径被SHAM抑制剂部分阻断时，烟草叶片的过敏性细胞死亡特征程度增加。显示当烟草受到软腐细菌侵染时，抗氰呼吸途径被启动并调节过敏性细胞死亡，使得寄主植物受侵染部位发生快速凋亡，将病原细菌控制在一定范围内。.(3) 软腐细菌侵染马铃薯块茎切片后检测其离体线粒体呼吸的进程，发现软腐细菌侵染可导致离体线粒体中抗氰呼吸速率及其占总呼吸比值的增加；线粒体状态呼吸3以及呼吸控制率的增加，线粒体呼吸链上复合物III活性降低而复合物IV活性升高；线粒体膜电位升高；交替呼吸途径被部分抑制后，以上测定指标均发生变化，显示当马铃薯块茎切片受软腐细菌侵染时抗氰呼吸途径参与并调节线粒体的呼吸活动。.(4) 软腐细菌侵染马铃薯块茎切片后，其交替氧化酶aox基因，细胞色素c cytochrome c 基因和细胞色素c氧化酶 cox基因水平和相应的蛋白水平发生变化，软腐细菌侵染使得马铃薯块茎切片aox基因表达量升高，cytochrome c 基因表达量降低；同时线粒体中的cytochrome c 蛋白含量呈现下降趋势，而细胞质中cytochrome c 蛋白含量呈现升高趋势，显示线粒体内膜受到软腐细菌的破坏，电子传递链的载体cytochrome c开始从线粒体向细胞质中流失。