WIWAM高通量植物表型成像分析平臺(tái)植物病害研究

Over expression of F-Box Nictaba Promotes Defense and Anthocyanin Accumulation in Arabidopsis thaliana After Pseudomonas syringae Infection

丁香假單胞菌感染后F-Box-Nictaba的過度表達(dá)促進(jìn)擬南芥的防御和花青素積累

丁香假單胞菌。番茄DC3000（Pst DC3000）是一種著名的病原菌和模式生物，用于研究植物與病原菌的相互作用和隨后的植物免疫反應(yīng)。許多研究已經(jīng)證明了Pst DC3000對擬南芥植物的作用，以及III型效應(yīng)物是如何促進(jìn)細(xì)菌毒力和致病機(jī)理的。F-Box-Nictaba（由At2g02360編碼）是一種脅迫誘導(dǎo)凝集素，在Pst DC3000感染后在擬南芥葉片中上調(diào)。在本研究中，優(yōu)化了接種試驗(yàn)，以檢查細(xì)菌感染后不同表達(dá)水平F-Box-Nictaba的轉(zhuǎn)基因擬南芥幼苗的性能。利用多光譜和熒光成像結(jié)合分子技術(shù)，研究了感染兩種毒力菌株（Pst DC3000及其鞭毛蛋白1fliC缺陷突變株）的擬南芥葉片中的疾病癥狀、F-Box Nictaba轉(zhuǎn)錄水平和疾病相關(guān)基因。對感染熒光標(biāo)記Pst DC3000的植物的分析使我們能夠研究植物系之間細(xì)菌定植的差異。在感染后期，過表達(dá)植株的細(xì)菌含量降低。我們的研究結(jié)果表明，F(xiàn)-Box-Nictaba的過度表達(dá)可減少細(xì)菌感染后的葉片損傷，而基因敲除和基因敲除系并不比野生型植物更容易受到假單胞菌感染。與野生型和敲除型植物相比，F(xiàn)-Box Nictaba的過表達(dá)株系在Pst DC3000感染后花青素含量顯著增加，光系統(tǒng)II（Fv/Fm）效率更好，葉綠素含量更高。F-Box-Nictaba的過度表達(dá)與水楊酸（SA）相關(guān)防御基因的表達(dá)增加一致，證實(shí)了早期數(shù)據(jù)顯示F-Box-Nictaba是SA依賴性防御Pst DC3000感染的一部分。在假單胞菌感染后，敲除系對植物癥狀沒有明顯影響，表明F-BoNictaba基因之間可能存在基因冗余。

圖1.轉(zhuǎn)基因品系中的F-BoxNictaba轉(zhuǎn)錄水平

在15天齡的幼苗中對F-Box Nictaba的轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行了量化（圖1）。過度表達(dá)系OE4和OE6顯示F-Box Nictaba的轉(zhuǎn)錄水平分別增加93倍和468倍。相反，與野生型植物相比，基因敲除系（KD）顯示F-Box-Nictaba水平下調(diào)10倍。敲除系KO2中F-Box Nictaba的轉(zhuǎn)錄水平與野生型植物沒有差異。這可能是因?yàn)橐餂]有覆蓋缺失區(qū)域，但是RNA轉(zhuǎn)錄本會(huì)產(chǎn)生一個(gè)缺陷蛋白。

圖2.與模擬處理的植物相比，Pst DC3000 感染對接種后3天的17天齡擬南芥植物中的蓮座叢大小、光系統(tǒng)II效率(Fv/Fm)和葉綠素含量 (ChlIdx) 的影響

用PstDC3000感染14天大的擬南芥植物，并在接種后3天進(jìn)行分析，以確定細(xì)菌感染對三種不同植物參數(shù)的影響：蓮座大小、光系統(tǒng)II的效率和葉綠素含量（圖 2-4）。過表達(dá)F-Box Nictaba的植物的花環(huán)明顯小于在相同條件下生長的野生型植物的花環(huán)（圖 2）。 KD和npr1-1 植物呈現(xiàn)相同的趨勢。相比之下，敲除系KO2和KO5產(chǎn)生更大的玫瑰花結(jié)。當(dāng)植物被PstDC3000感染時(shí)，所研究的所有植物品系的蓮座大小都顯著減小，這是感染的一種癥狀。細(xì)菌感染后，OE4、OE6和KD植物的花環(huán)仍顯著小于WT植物的花環(huán)。

圖3、4 模擬處理和Pst DC3000接種后3天擬南芥花環(huán)的多光譜圖像

在模擬處理的和PstDC3000感染的植物中分析了花青素含量（圖3、4）。野生型和轉(zhuǎn)基因植物之間的比較分析表明，KO5、KD和npr1-1的 mARI水平低于模擬處理的野生型。在相同條件下，過表達(dá)株系的mARI值高于KD、KO2、KO5和npr1-1植物。在Pst DC3000感染后，OE4和OE6系均顯示出增加的mARI水平，而在野生型和KO2植物中降低。KD植物在模擬植物中顯示出顯著較低mARI 水平，但與OE系相似感染后花青素水平顯著高于野生型植物。但感染并沒有增加KD植物中的花青素含量。在同一株系中，模擬處理后KO株系的花青素含量低于野生型植物，但這些KO株系在感染后的 mARI水平?jīng)]有顯著變化。