活性氧(H2O2)对胡杨叶虫害时抗氰交替途径的调节研究

虫害一方面导致活性氧(H2O2)的大量释放，另一方面导致茉莉酯酸(JA)信号途径对水杨酸(SA)信号途径的干扰。SA是植物抗氰交替途径的关键诱导因子。但是，在部分虫害植物中却发现抗氰途径令人惊奇地启动。因此，可以假设除SA途径外，抗氰交替途径可能还存在另外的启动路线，而这路线的关键诱导因子就是通过H2O2来调节的。本项目拟分别建立胡杨叶-虫害和胡杨叶-H2O2实验体系，验证H2O2信号是启动抗氰交替途径另外一条路线的关键诱导因子。本项目将主要通过DAB组织定位确定H2O2的释放位点，JA和SA途径的阻断来验证H2O2对胡杨抗氰交替途径的诱导；特别要验证H2O2在虫害时，诱导线粒体交替氧化酶编码基因(AOX)的表达式样。通过上述实验证实H2O2对抗氰交替途径的诱导方式、过程和机制。该项目的完成将进一步阐明和完善H2O2的作用机理和生物学功能，重新认识植物抗氰交替途径的启动方式。

本项目首先建立了胡杨叶-虫害（Malacosoma neustria testacea）以及胡杨和灰杨与栅锈病（Melampsora pruinosae）两个互作体系。分别检测了虫害处理和H2O2处理过程中，胡杨叶片抗氰交替呼吸途径的启动及运行，叶片活性氧信号(H2O2)的含量，以及交替氧化酶（AOX2）和抗氧化物酶基因的表达情况。发现胡杨与虫害互作过程中，引起了胡杨叶片抗氧化反应，而H2O2可能是启动胡杨叶片抗氰交替途径的关键诱导因子，胡杨圆形叶比披针形叶能经受更严重的虫害胁迫；进而比较了胡杨及其近源种-灰杨AOX基因家族不同成员在栅锈病侵染过程中的表达模式，抗氰交替途径的启动及运行。结果表明：胡杨在受到栅锈病侵染中，呈现寄主性亲和反应，比灰杨更容易受到栅锈病菌的侵染，主要是因为其AOX2基因在长期进化中，其功能受到了松弛选择。而灰杨AOX2基因则受到了显著的较强的自然选择，其对栅锈病菌侵染的耐性是一种适应性进化过程。以上结果对于阐明植物抗氰呼吸途径启动及运行的生物学意义，以及AOX基因家族在近缘物种分化中的作用及进化历史，具有重要的参考价值。