一个脱落酸代谢相关蛋白介导高空气相对湿度抑制植物气孔免疫的机制研究

High air relative humidity has a profound influence on the bursts of numerous bacterial diseases in plants. Previous studies have built a link between high RH-compromised stomatal defense and bacterial pathogenesis. However, the underlying physiological and molecular mechanisms are not fully understood. Evidence suggests that abscisic acid (ABA) positively regulates stomatal defense, while our published work has demonstrated that foliar spraying of ABA could rescue stomatal immunity inhibited by high RH. Through mutant screening we identified an Arabidopsis mutant cyp707a-x in which stomatal defense is restored under high RH. By systematically characterizing this mutant, we plan to investigate the regulatory mechanism of the CYP707A-X protein in stomata immune response under high RH conditions. It is expected that our work will provide in-depth understanding of the molecular mechanism underlying high RH-compromised stomatal immunity. It may also help to provide a new solution to control bacterial disease outbreaks in agricultural practices.

高空气相对湿度是影响诸多植物细菌性病害爆发的环境生态因子。申请人及同行的前期工作证实这一现象与气孔免疫被抑制相关，但对该现象生理与分子层面的机理尚缺乏深入了解。目前已知脱落酸（ABA）能够正向调控气孔免疫。申请人的前期工作也表明，叶面喷施ABA能够恢复被高湿所抑制的气孔免疫；通过表型筛选，申请人获得了一个拟南芥ABA代谢相关蛋白突变体cyp707a-x，发现高湿环境下气孔免疫在该突变体中得到恢复。项目拟通过对拟南芥突变体cyp707a-x进行系统的鉴定，及对CYP707A-X蛋白功能在气孔免疫中调控模式的解析，明确高湿环境下保卫细胞内ABA代谢调控气孔免疫的分子机制。预期将在高空气相对湿度抑制气孔免疫的分子机制方面取得重要进展，可望为农业生产实践中细菌性病害的防控提供新途径。

高空气湿度是影响诸多植物细菌性病害爆发的环境生态因子，申请人及同行的前期工作证实这一现象与气孔免疫被抑制相关，但当前对该现象生理与分子层面的机理尚缺乏深入了解。项目以野生型拟南芥Col-0、突变体cyp707a-1和Myb60::cyp707a1为实验材料，从细胞信号转导、激素动态变化以及基因表达水平深入解析了高空气湿度对植物气孔免疫的影响及其分子生理机制，主要研究发现：（1）气孔免疫信号在保卫细胞内的转导依赖于植物本底水平的ABA，该信号不会诱导胞内ABA含量的升高；（2） ABA与SA两种信号途径在气孔防御过程中存在协同作用；（3）高空气湿度诱导野生型拟南芥保卫细胞中ABA含量下降，但在突变体cyp707a1中，ABA含量变化不显著（p≥0.05）；（4）水杨酸(SA)的合成和信号传导在高空气湿度条件下受到显著抑制，但在突变体cyp707a1中SA的合成和信号传导恢复；（5）在高空气湿度条件下，flg22诱导的植物激素茉莉酸（JA）积累减少，基因JAZ8、MYC2和 VSP2的表达表现出不同或相反的调控模式。（6）高空气湿度环境中施用ABA8`-羟化酶特异性抑制剂（-）Abz-E3M，能够恢复野生型拟南芥Col-0的气孔免疫，提高植株抗细菌病能力。本项目研究成果揭示了高空气湿度条件下保卫细胞内ABA代谢调控气孔免疫的分子机制；保卫细胞内ABA水平变化对水杨酸（SA）和茉莉酸（JA）水平及其信号传导的影响；以及人工调控CYP707A-1蛋白功能提高植物抗病性的可行性。相关成果将填补植物气孔免疫研究领域长期存在的一项空白，具有重要理论意义，并可望为农业生产实践中细菌性病害的防控提供新途径。