PAD4基因在植物抗性方面的作用

李慶亮+李捷+胡增麗

摘 要：PAD4（pHYTOALEXIN DEFICIENT4）編碼一個(gè)核質(zhì)蛋白，它的序列與脂肪酶類似。屬于水楊酸信號(hào)途徑的上游基因，其在植物抗病蟲(chóng)以及植物衰老方面均起著重要的作用，本方綜述了PAD4在植物防御昆蟲(chóng)尤其是刺吸式昆蟲(chóng)方面的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：PAD4；植物抗性

中圖分類號(hào)：S-3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170431004

1 PAD4基因的發(fā)現(xiàn)

PAD4是在通過(guò)尋找突變體植株對(duì)脫毒的十字花科黑斑病菌（Pseudomonas syringae pv.maculicola）增強(qiáng)了感病性基因時(shí)被首次發(fā)現(xiàn)[1]，同時(shí)被RPP2和RPP4介導(dǎo)的植物對(duì)寄生疫霉；（Phytophthora parasitica）所需要[2]。在病原菌具有感性表型的pad4突變體植物減少了抗毒素、植保素以及信號(hào)分子水楊酸（salicylic acid，SA）的積累[2，3]。因此PAD4是SA防御信號(hào)途徑中對(duì)SA的積累起到調(diào)控作用，但是它在R基因介導(dǎo)的抗性中的位置還不是很清楚[3]。

2 EDS1和PAD4基因的關(guān)系

EDS1（ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY1）和PAD4同時(shí)編碼脂類蛋白[4， 5]。更進(jìn)一步得是在外源噴施SA后導(dǎo)致了EDS1和PAD4的大量表達(dá)[4， 5]。通過(guò)分析eds1和pad4突變體植株發(fā)現(xiàn)EDS1和PAD4都是植物防御病原菌反應(yīng)所必須的，雖然它們都屬于R基因序列，但是它們?cè)诜烙緩街衅鹬厝徊煌淖饔?。EDS1是植物過(guò)敏反應(yīng)所必需的，而EDS1和PAD4同時(shí)被植物防御信號(hào)分子SA所必需的。此外，EDS1和PAD4是由抗性基因（R）基因介導(dǎo)的觸發(fā)性免疫反應(yīng)中的重要調(diào)節(jié)劑[6， 7]。EDS1是PAD4積累所必需的，然而在PAD4突變體或者減少了SA只是部分減少了EDS1的表達(dá)。酵母所雜交分析EDS1和PAD4一塊起作用[7， 8]。PAD4通過(guò)與EDS1的相互作用而穩(wěn)定[6-9]，并且EDS1-PAD4復(fù)合物需要PAD4反饋調(diào)節(jié)增加病原菌感染的組織中的SA積累[7]。推測(cè)EDS1有2個(gè)功能，第一在植物早期的防御反應(yīng)所需要，獨(dú)立于PAD4；EDS1和PAD4協(xié)作放大了PAD4的防御[6]。

3 PAD4在抗病過(guò)程中的作用

在研究當(dāng)中，已經(jīng)明確表明PAD4和EDS1都是作為依賴SA防御反應(yīng)的調(diào)控子[3， 4]。發(fā)現(xiàn)擬南芥植株在被致病的 P.syringae DC3000.處理后的eds1-2和pad4-2突變體嚴(yán)重阻礙了SA的積累，這表明EDS1和PAD4調(diào)節(jié)SA積累的作用被RPS4介導(dǎo)的抗性所需要[6]。

在R基因介導(dǎo)得抗性反應(yīng)中都需要EDS1和PAD4的積累，eds1和pad4突變體表型是完全不同的。eds1突變體植株沒(méi)有能表達(dá)過(guò)敏反應(yīng)，對(duì)P.parasitica的侵染表現(xiàn)出較強(qiáng)的感性，pad4突變體植株保留了過(guò)敏反應(yīng)，表現(xiàn)出中等感性。但是pad4突變體的HR沒(méi)能完全的抑制病原物的侵染，推斷野生型的植株中EDS1和PAD4在防御途徑中有著截然不同的作用[6]。EDS1在特定種類的抗性中起著決定性的作用，然而PAD4負(fù)責(zé)加強(qiáng)這種原始的抗性反應(yīng)。這種理論被另一個(gè)研究所證實(shí)，EDS1與過(guò)敏反應(yīng)的氧激發(fā)有關(guān)，而不是PAD4[10]。

Zhou et al. （1998）證明當(dāng)植株被致毒得P.syringae pv. maculicola侵染后PAD4是調(diào)節(jié)SA積累的重要因子。在依賴EDS1的R基因激活的反應(yīng)中PAD4負(fù)責(zé)提供SA，在這個(gè)途徑中PAD4的重要功能是積極的調(diào)節(jié)SA的積累。PAD4除了調(diào)節(jié)SA的積累，還有其它的防御功能[8]。

4 PAD4在抗蟲(chóng)方面的作用

刺吸昆蟲(chóng)特別是韌皮部取食昆蟲(chóng)，由于取食過(guò)程對(duì)植物造成傷害較小激活的植物防御信號(hào)途徑與咀嚼式昆蟲(chóng)不同一般為SA信號(hào)途徑[11]。

PAD4控制了植物防御信號(hào)的合成，這些信號(hào)包括酚類分子SA以及吲哚衍生植保素，對(duì)蔓延性植物病毒有抗性[2，3，5，12]。PAD4防御與早期的衰老有關(guān)，同時(shí)會(huì)伴隨著韌皮部的防御機(jī)制[13，14]。EPG研究表明PAD4具有antixenotic 的功能，蚜蟲(chóng)與PAD4植株上相比在對(duì)照植株上花費(fèi)較多的時(shí)間（增加了35s）進(jìn)行取食 [14]。Pegadaraju（2005，2007）結(jié)果表明PAD4對(duì)蚜蟲(chóng)的防御有抗生性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)PAD4對(duì)蚜蟲(chóng)有不選擇性[13， 14]。

PAD4作為SA上游基因，SA合成需要PAD4，在沉默了PAD4后可能會(huì)對(duì)SA含量造成影響，那么PAD4在防御蚜蟲(chóng)的過(guò)程中是否依賴SA途徑。Pegadaraju（2005）野生型擬南芥和pad4-突變體擬南芥上接種桃蚜，2d后pad4-1突變體上的蚜蟲(chóng)數(shù)量多于野生型植株[13]。同樣的，比較了野生型擬南芥與過(guò)量表達(dá)的PAD4植株上蚜蟲(chóng)的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)野生型植株上蚜蟲(chóng)的數(shù)量明顯多于過(guò)表達(dá)PAD4的轉(zhuǎn)基因植株，這表明PAD4在防御桃蚜過(guò)程中起著重要的作用。同時(shí)比較了野生型和nahG（抑制SA合成的基因）擬南芥上桃蚜的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)兩者的蚜蟲(chóng)數(shù)量沒(méi)有明顯差異[8]。另外在ssi2突變體（導(dǎo)致SA積累較高濃度）擬南芥上桃蚜數(shù)量明顯少于野生型，這表明了較高SA濃度在ssi2相關(guān)的對(duì)GPA的抗性中不是很重要[12]。

在葉片中PAD4對(duì)病原物的抗性與EDS1密切相關(guān)[9]。EDS1在桃蚜為害的擬南芥上相對(duì)沒(méi)有比被為害的植株積累的多。蚜蟲(chóng)在pad4突變體上蚜蟲(chóng)數(shù)量比野生植株多。但是在eds1 RNAi 植株相對(duì)與植株來(lái)看桃蚜的數(shù)量沒(méi)有差異，發(fā)現(xiàn)EDS1對(duì)防御GPA沒(méi)有重要的作用[14]。

但是對(duì)B型煙粉虱沒(méi)有特效[15]。通過(guò)比較pad4突變體和野生型的寄主對(duì)銀葉粉虱的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)在這兩種植物上B型煙粉虱的表現(xiàn)沒(méi)有明顯的差異。

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