摘要:為探究番茄黃化曲葉病毒(tomato yellow leaf curl virus, TYLCV)脅迫下外源一氧化碳(nitric oxide,NO)對(duì)番茄抗氧化物酶基因表達(dá)的影響,以易感病番茄品種金鵬1號(hào)為試驗(yàn)材料,在對(duì)照(CK)、TYLCV(TY)和NO+TYLCV(NO+TY)3種處理下,通過轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、熒光qRT-PCR和生物信息學(xué)分析進(jìn)行研究。結(jié)果表明,在番茄基因組中共篩選出55個(gè)抗氧化酶相關(guān)編碼基因,其中存在于不同亞細(xì)胞區(qū)室中含有外顯子數(shù)目最多的抗氧化酶基因均顯著響應(yīng)TYLCV脅迫。NO介導(dǎo)的抗氧化酶編碼基因數(shù)量在不同亞細(xì)胞區(qū)室的分布表現(xiàn)為葉綠體gt;細(xì)胞膜gt;細(xì)胞質(zhì)gt;過氧化物酶體gt;液泡,其中Chl Cu-Zn SOD、Chl MR2、Chl GR、Per MR、Pla CAT1 和PlaCAT7 的表達(dá)量顯著上調(diào);Chl Fe SOD1、Chl Fe SOD2、Cyt GPX、Cyt APX1、Cyt APX2 L-5、Pla CAT3、Pla CAT8 和Vac CAT 的表達(dá)量顯著下調(diào)。實(shí)時(shí)熒光qRT-PCR驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),Chl GR、Min Mn SOD 和Per CAT2 響應(yīng)TYLCV表達(dá),Chl Cu-Zn SOD、Pla CAT7、Pla CAT8 和Cyt APX2 L-5 響應(yīng)TYLCV和NO表達(dá)。以上結(jié)果為研究NO在提高番茄抗病性機(jī)制中的作用提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞:番茄;番茄黃花曲葉病;一氧化氮;抗氧化酶基因doi:10.13304/j.nykjdb.2023.0647
中圖分類號(hào):S641.2;Q344 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1008‐0864(2025)02‐0125‐11
番茄(Solanum lycopersicum)因富含對(duì)平衡膳食和維護(hù)人體健康起重要作用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(胡蘿卜素和維生素C等)而被廣泛種植[1]。在生產(chǎn)過程中,番茄黃化曲葉病毒(tomato yellow leaf curlvirus, TYLCV)是導(dǎo)致番茄產(chǎn)量和品質(zhì)下降或死亡的最具破壞性病害之一[2‐3]。目前對(duì)于TYLCV的防治主要有提前預(yù)防、培育抗性番茄新品種、通過轉(zhuǎn)基因獲得抗TYLCV番茄苗,以及應(yīng)用外源物質(zhì)來提高番茄的抗病能力[4]。Sun等[5]研究發(fā)現(xiàn),施用丁香酚能刺激番茄植株產(chǎn)生內(nèi)源一氧化氮(nitric oxide, NO)和水楊酸(salicylic acid, SA),從而提高番茄對(duì)TYLCV的抗性。茄屬植物和番茄白粉菌之間的相互作用也證實(shí)了NO在防御激活中具有積極作用[6]。此外,硝普鈉(sodiumnitroprusside,SNP)是一種NO供體,用其處理番茄可增強(qiáng)果實(shí)對(duì)灰霉病菌的抗性[7],通過激活細(xì)胞壁相關(guān)的防御反應(yīng)來保護(hù)番茄植物免受立枯絲核菌感染[8]。Sivakumaran等[9]發(fā)現(xiàn),施加外源脫落酸(abscisic acid ABA)會(huì)減少NO的合成,導(dǎo)致番茄對(duì)灰霉病菌的抗性降低。以上說明,NO對(duì)調(diào)控植物抗性具有重要作用。
NO和活性氧(reactive oxygen species ROS)是植物受到病原體感染或誘導(dǎo)劑處理下激活抗病反應(yīng)所必需的信號(hào)物質(zhì)[10]。研究表明,細(xì)胞在遭受病原體攻擊時(shí)會(huì)應(yīng)對(duì)ROS 的增多,NO 自由基(NO-·)可與超氧化物自由基(O-2·)反應(yīng),產(chǎn)生對(duì)植物具有保護(hù)作用的過氧亞硝酸鹽(ONOO-),以減少ROS 對(duì)細(xì)胞的損傷[11-12]。NO 通過與H2O2 協(xié)同介導(dǎo)超敏細(xì)胞死亡的假設(shè)也得到驗(yàn)證,轉(zhuǎn)基因擬南芥與對(duì)照相比,過表達(dá)植株中清除H2O2的類囊體抗壞血酸過氧化物酶活性增加,植物顯示出對(duì)NO誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡抗性顯著增強(qiáng)[13]。因此,如何控制ROS積累是植物抵御外界不利條件的重要途徑,研究NO 調(diào)控植物體內(nèi)超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD) 、過氧化氫酶(catalase, CAT)和谷胱甘肽還原酶(glutathionereductase, GR)等抗氧化酶在清除活性氧、保護(hù)植物細(xì)胞免受破壞中的作用機(jī)制顯得尤為重要[14]。
目前,有關(guān)NO誘導(dǎo)生物脅迫的研究多停留在生理水平,而在分子水平上研究NO誘導(dǎo)TYLCV抗性的研究尚未見報(bào)道。因此,本研究利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)、熒光qRT-PCR技術(shù)和生物信息學(xué)方法,對(duì)TYLCV脅迫下外源NO對(duì)番茄抗氧化物酶基因表達(dá)的影響進(jìn)行研究,旨在解析NO在調(diào)控番茄抗黃化曲葉病中的功能,為進(jìn)一步探究外源NO 在TYLCV脅迫下的分子機(jī)制提供理論參考。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
以TYLCV易感品種金鵬1號(hào)為試驗(yàn)材料,由西安金鵬種苗有限公司選育。用于病毒接種的TYDNA侵染性克隆(農(nóng)桿菌)引自周雪平教授實(shí)驗(yàn)室。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)共設(shè)置3 個(gè)處理,分別為:對(duì)照處理(CK),接種清水;接種TYLCV 處理(TY);接種NO+TYLCV處理(NO+TY)。其中NO+TY處理噴施 0.15 mmol·L-1的SNP溶液,該溶液中含有0.1%的吐溫20,目的是促進(jìn)植物對(duì)SNP的吸收,在病毒接種的前3 d每天噴施SNP溶液1次,接種后,隔10 d再噴施1次,每株30 mL。所有處理于接種20 d后對(duì)番茄植株的葉片進(jìn)行采樣并混合剪碎,每份0.3 g,使用液氮快速冷凍,每處理3次重復(fù)。然后封裝保存于-80 ℃冰箱,送至廣州基迪奧生物科技有限公司進(jìn)行測(cè)序。
1.3 試驗(yàn)方法
1.3.1 番茄苗培育 選取健康飽滿、大小一致的番茄種子在溫水中浸泡30 min后,點(diǎn)播在32孔育苗盤,長(zhǎng)至2~3 片真葉時(shí),選取大小一致的幼苗移栽于花盆(直徑26 cm、高16 cm的圓形花盆)。生長(zhǎng)條件為:室溫(25±1) ℃,光照強(qiáng)度約450 μmol·m-2·s-1。
1.3.2 TYLCV-[CN:SH2]載體的農(nóng)桿菌培養(yǎng)與接種 接種前將含有TYLCV-[CN:SH2]的農(nóng)桿菌菌液均勻涂于固體LB培養(yǎng)基,置于28 ℃暗培養(yǎng)箱,隨后再轉(zhuǎn)接于液體LB 培養(yǎng)基中,于200 r·min-1、28 ℃搖床過夜,固體與液體培養(yǎng)基均含50 mg·L-1的卡那霉素(kanamycin,Kan)和50 mg·L-1的利福平(rifampicin,Rif),菌液的OD600值為0.7時(shí)進(jìn)行注射接種試驗(yàn)。接種病毒前一晚過量澆水,以便TYLCV成功侵入。選取長(zhǎng)勢(shì)一致的番茄植株,采用注射器將菌液緩慢注射進(jìn)幼苗葉片背部,每株0.2 mL。
1.3.3 總RNA 提取、反轉(zhuǎn)錄與熒光qRT-PCR 分析 使用DP441 RNAprep Pure 多糖多酚植物總RNA提取試劑盒[天根生化科技(北京)有限公司]提取番茄葉片組織的總RNA;然后利用TaKaRa反轉(zhuǎn)錄試劑盒RT reagent Kit[寶日醫(yī)生物技術(shù)(北京)有限公司]合成cDNA。qRT-PCR 在BIO-RADCFX96 實(shí)時(shí)熒光定量PCR 儀(Bio-Rad,美國(guó))上進(jìn)行,引物序列詳見表1,內(nèi)參基因?yàn)閁BI。反應(yīng)體系10 μL:Taq 酶6 μL,cDNA模板1 μL,正反向引物各1 μL,ddH2O 1 μL。反應(yīng)程序?yàn)椋?95 ℃預(yù)變性30 s;95 ℃變性5 s、58 ℃退火延伸30 s,40個(gè)循環(huán)。使用2-ΔΔCT 方法[15] 分析基因的相對(duì)表達(dá)水量。
1.3.4 生物信息學(xué)分析 利用Expasy Prot Param(https://web.expasy.org/protparam/)網(wǎng)站分析篩選出的55個(gè)抗氧化物酶編碼基因的基本理化性質(zhì);利用GSDS 2.0(http://gsds.gao-lab.org/)在線軟件分析其基因結(jié)構(gòu);利用在線工具WoLF PSORT(https://wolfpsort.hgc.jp/)預(yù)測(cè)抗氧化酶基因序列編碼蛋白的亞細(xì)胞定位。
1.4 數(shù)據(jù)處理
將篩選出的抗氧化酶基因的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)FPKM使用SPSS 20.0軟件進(jìn)行分析,采用單因素方差分析(one-way analysis of variance,ANOVA)進(jìn)行差異顯著性分析。利用Graph Pad Prism 9軟件繪圖。
2 結(jié)果與分析
2.1 番茄抗氧化酶編碼基因的篩選
通過cDNA 庫基因功能注釋篩選,篩選到與抗氧化物酶超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathioneperoxidase,GPX)、抗壞血酸過氧化物酶(ascorbateperoxidase,APX)、單脫氫抗壞血酸還原酶(monodehydroascorbate reductase,MR)、和谷胱甘肽還原酶(GR)和脫氫抗壞血酸還原酶(dehydroascorbate reductase,DR)相關(guān)的基因家族成員共計(jì)55 個(gè)(表2),其編碼基因數(shù)量分別為9、18、6、9、4、2和7個(gè),其中編碼基因數(shù)量最多的是CAT,最少的是GR。
2.2 番茄抗氧化物酶編碼蛋白的基本理化性質(zhì)分析
將轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中篩選出的SOD、CAT、GPX、APX、MR、GR 和DR 基因家族成員分別命名,如表3所示,然后進(jìn)行理化性質(zhì)分析,結(jié)果表明,抗氧化物酶所含氨基酸數(shù)量為95(Chl DR4)~956(Pla CAT3)個(gè);分子量為10 801.51(Chl DR4)~109 204.40(Pla CAT3)Da;等電點(diǎn)為4.97(CytGPX)~9.40(Nuc GPX);蛋白的總平均親水性(grand average of hydropathicity,GRAVY)為-0.538(Per CAT1)~0.820(Pla CAT9)。
2.3 番茄抗氧化物酶編碼基因的基因結(jié)構(gòu)分析
由圖1可知,Chl MR2 的外顯子數(shù)量最多,為17個(gè);Pla CAT8 的外顯子數(shù)量最少,僅1個(gè)。SOD、GPX、APX和DR編碼基因的外顯子數(shù)量均≤3,而CAT 編碼基因的外顯子數(shù)量差異較大,達(dá)14個(gè)(表4)。
2.4 不同亞細(xì)胞區(qū)室抗氧化酶編碼基因表達(dá)量
各亞細(xì)胞區(qū)室中共篩選到29 個(gè)基因響應(yīng)TYLCV調(diào)控,14個(gè)基因響應(yīng)NO調(diào)控,分別定位于細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞膜、葉綠體、線粒體、過氧化物酶體、細(xì)胞核、核膜、液泡和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(表5)。SOD、GPX、MR、GR 和DR 的編碼基因中定位于葉綠體的占比較高,分別為55.6%、66.7%、50.0%、50.0% 和57.1%;CAT 編碼基因的表達(dá)產(chǎn)物主要存在于細(xì)胞膜中,占72.2%。
2.4.1 葉綠體 與其他亞細(xì)胞區(qū)室相比,在葉綠體中篩選到的編碼基因數(shù)量最多,共計(jì)19 個(gè)。其中Chl Fe SOD3、Chl SOD copper chaperone 1、ChlGPX2、Chl GPX2、Chl GPX3、Chl MR1、Chl DR1、Chl DR2 和Chl DR4 共9 個(gè)基因的表達(dá)量未受到TYLCV 的影響。如圖2 所示,與CK 相比,接種TYLCV后,Chl Fe SOD1、Chl Fe SOD2、Chl GPX1、Chl APX1 和Chl MR2 表達(dá)量顯著上調(diào),分別提高2.04、1.98、1.37、1.27 和1.57 倍;Chl Cu-Zn SOD、Chl APX2、Chl APX L-6、Chl GR 和Chl DR3 表達(dá)量顯著下調(diào),分別降低2.03、1.27、1.19、1.37 和1.21倍;Chls GPX 表達(dá)量也有所上升。與TY 處理相比,NO 介導(dǎo)下顯著提高了Chl Cu-Zn SOD、ChlMR2 和Chl GR 的表達(dá)量,分別提高1.41、1.14 和1.12倍;而Chl Fe SOD1 和Chl Fe SOD2 的表達(dá)量均顯著下調(diào),分別降低1.79和1.71倍。
2.4.2 細(xì)胞膜 亞細(xì)胞定位顯示共計(jì)14個(gè)編碼基因存在于細(xì)胞膜上,其中Pla CAT isozyme 1、PlaCAT1a、Pla CAT6a、Pla CAT6b、Pla CAT2、Pla CAT5和Pla CAT1b 共7 個(gè)基因不響應(yīng)TYLCV 。如圖2所示,與CK 相比,接種TYLCV 后,Pla CAT3、PlaCAT4、Pla CAT9、Pla CAT8 和Pla GR 表達(dá)量顯著上調(diào),分別提高2.36、1.14、1.27、2.24 和1.63 倍;PlaCAT7基因表達(dá)量顯著下調(diào),降低2.14倍。與TY相比,NO介導(dǎo)使Pla CAT1 和Pla CAT7 的基因表達(dá)量顯著提高1.43和1.82倍;而Pla CAT3 和Pla CAT8的基因表達(dá)量顯著降低1.29和1.38倍。
2.4.3 細(xì)胞質(zhì) 在細(xì)胞質(zhì)中表達(dá)的基因共計(jì)11 個(gè),接種TYLCV 后表達(dá)無變化的有3 個(gè)(CytCAT isozyme 2、Cyt APX L-3 和Cyt MR)。如圖2所示,與CK 相比,接種TYLCV 后,Cyt GPX、Cyt APX1、Cyt APX2、Cyt DR、Cyt APX1 L-5 和Cyt APX2 L-5 表達(dá)量顯著上調(diào),分別提高3.94、7.39、1.15、1.53、3.15、2.97 倍;Cyt Cu-Zn SOD1 表達(dá)量顯著降低1.1 倍。與TY 相比,NO 介導(dǎo)下Cyt GPX、Cyt APX1 和Cyt APX2 L-5 的表達(dá)量顯著降低1.61、1.50和1.91倍。
2.4.4 其他細(xì)胞器 在線粒體、過氧化物酶體、細(xì)胞核和液泡上分別篩選到3、3、3和1 個(gè)抗氧化酶編碼基因,其中Mit DR、Nucp Fe SOD 和Nuc DR1不響應(yīng)TYLCV;Nuc GPX 只響應(yīng)TYLCV,但相對(duì)表達(dá)量較低。由圖2 可知,與CK 相比,接種TYLCV 后,Mit APX、Per CAT1、Nuc GPX 和VacCAT 表達(dá)量顯著提高1.62、2.21、2.59和1.41倍;而Mit Mn SOD 和Per CAT2 表達(dá)量顯著降低1.18 和1.68倍。與TY相比,噴施NO后Per MR 表達(dá)量顯著上調(diào)1.14倍;而Vac CAT 表達(dá)量得以恢復(fù)。
2.5 熒光實(shí)時(shí)定量分析
分析Chl Cu-Zn SOD、Chl GR、Pla CAT7、Pla CAT8、Cyt APX2 L-5、Min Mn SOD 和Per CAT2 基因在各處理第30 天的表達(dá)量,結(jié)果(圖3)顯示,Chl Cu-Zn SOD 和Pla CAT7 具有相似的表達(dá)模式,表現(xiàn)為在接種TYLCV后顯著下調(diào),噴施NO顯著上調(diào);Pla CAT8 和Cyt APX2 L-5 均表現(xiàn)為接種TYLCV后顯著上調(diào)、噴施NO 顯著下調(diào)的表達(dá)模式;Chl GR、Min Mn SOD 和Per CAT2 在接種TYLCV后顯著下調(diào),噴施NO對(duì)他們無顯著影響。綜上分析,除Chl GR 外,其他基因的表達(dá)與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)呈現(xiàn)一致的趨勢(shì)。
3 討論
3.1 番茄抗氧化酶編碼基因基本性質(zhì)和結(jié)構(gòu)域分析
番茄是全球具有重要經(jīng)濟(jì)地位的蔬菜作物,富含各種微量營(yíng)養(yǎng)元素和礦物質(zhì)[16]。抗氧化酶是重要的酶系統(tǒng),用于將過氧化氫降解為水和氧氣,從而降低細(xì)胞內(nèi)過氧化氫水平[17]。研究表明,基因結(jié)構(gòu)的差異對(duì)研究其功能差異至關(guān)重要[18]。本研究共鑒定出55個(gè)番茄抗氧化酶編碼基因?;蚪Y(jié)構(gòu)分析表明,各抗氧化酶基因的外顯子數(shù)量為1~17 個(gè),其中SOD 基因具有相似的外顯子數(shù)量,而CAT基因的外顯子數(shù)量存在較大差異,這與Yu等[19]和Zhang等[20]研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn),在同一種抗氧化酶基因家族中,外顯子數(shù)量最多的基因顯著響應(yīng)番茄黃化曲葉病,如Chl FeSOD1 和Pla CAT4 等均響應(yīng)TYLCV的表達(dá),說明同一基因家族的基因其外顯子數(shù)量的差異可能導(dǎo)致其功能上的變化。
3.2 抗氧化酶編碼基因受TYLCV 影響導(dǎo)致表達(dá)量的變化
植物在感染病菌后會(huì)誘導(dǎo)體內(nèi)ROS的積累,而ROS的積累會(huì)誘發(fā)膜脂過氧化反應(yīng),導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞甚至死亡[21]。SOD、POD 和CAT等抗氧化酶能對(duì)植物體內(nèi)的自由基和過氧化物進(jìn)行有效清除,抵御活性氧對(duì)細(xì)胞的傷害,保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性[22],從而間接參與抗病反應(yīng)[23]。
本研究表明,基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)得到的55 個(gè)抗氧化酶編碼基因?qū)YLCV的響應(yīng)程度存在差異,其中所有的Cu-Zn SOD、50%的GR和50%的DR 顯著下調(diào);所有的Fe SOD 和GPX、67% 的CAT、78% 的APX、50% 的MR、50% 的GR 及50%的DR顯著上調(diào)。此外,同一抗氧化酶基因家族的不同基因?qū)YLCV 的響應(yīng)程度也存在差異,如Cyt Cu-Zn SOD2 表達(dá)量變化較??;Chl Cu-ZnSOD 表達(dá)量發(fā)生顯著變化。Shang 等[24]也發(fā)現(xiàn),在感染木薯白葉枯病條件下,植株體內(nèi)SOD、APX和CAT的響應(yīng)程度存在差異,且同一抗氧化酶基因家族對(duì)白枯病的響應(yīng)程度也不同,這可能是由于其受調(diào)控途徑的不同所導(dǎo)致。本研究通過轉(zhuǎn)錄組和qRT-PCR 發(fā)現(xiàn),Min Mn SOD 在接種TYLCV 后表達(dá)量顯著降低,而Jiang 等[25]將蘿卜中分離到的Mn SOD 基因在花椰菜中過表達(dá)提升了其對(duì)霜霉病的抗性,由此推測(cè),Min Mn SOD 可能參與番茄抗TYLCV 的重要環(huán)節(jié)。研究表明,CAT 占過氧化物酶體總蛋白質(zhì)的10%~25%[26]。本研究發(fā)現(xiàn),Pla CAT7、Pla CAT8 和Per CAT2 均顯著響應(yīng)TYLCV脅迫,這與張志剛[27]研究結(jié)果結(jié)果一致,推測(cè)CAT相關(guān)編碼基因可能在抗病反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。
3.3 NO 對(duì)接種TYLCV 的番茄抗氧化酶編碼基因表達(dá)量的影響
NO 是一種重要的信號(hào)分子,在植物種子萌發(fā)、生長(zhǎng)、發(fā)育及逆境脅迫中都發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用[28]。在植物中,NO產(chǎn)量會(huì)隨著各種脅迫環(huán)境呈現(xiàn)不同的增加,如干旱、冷脅迫、紫外線暴露等非生物脅迫會(huì)導(dǎo)致植物中產(chǎn)生NO,而病原體感染可在植物-病原體的相互作用過程中誘導(dǎo)NO快速爆發(fā)[29]。Wang等[30]發(fā)現(xiàn),在接種TYLCV的番茄上噴施NO,其CAT、SOD和APX活性發(fā)生不同的變化。Choe等[31]研究表明,過表達(dá)G2 基因可獲得耐受TYLCV的番茄植株。本研究通過轉(zhuǎn)錄組分析和qRT-PCR發(fā)現(xiàn),Chl Cu-Zn SOD 在接種TYLCV后顯著下調(diào),而噴施NO可使其表達(dá)量得以恢復(fù),表明NO可能通過提高相關(guān)基因的表達(dá)來增強(qiáng)植物的抗病性。Li等[32]將miR398b靶基因的4個(gè)SOD 基因全部突變后發(fā)現(xiàn),CSD1、CSD2 和SODX 轉(zhuǎn)基因植株對(duì)稻瘟病的敏感性降低,而突變CCSD 結(jié)果相反。本研究還發(fā)現(xiàn),接種TYLCV 顯著提高了Cyt GPX、Cyt APX1、Cyt APX2 L-5、Pla CAT3、Pla CAT8、Chl Fe SOD1 和Chl Fe SOD2 的表達(dá)量,而施加NO后會(huì)顯著降低這些基因的表達(dá),說明NO可能對(duì)這些基因具有保護(hù)作用;另外Chl MR2在接種后TYLCV后表達(dá)量顯著上調(diào),且噴施NO使其表達(dá)量進(jìn)一步提高,推測(cè)NO可進(jìn)一步誘導(dǎo)該基因,從而增強(qiáng)植株對(duì)TYLCV的抗性。
3.4 抗氧化酶編碼基因在不同亞細(xì)胞區(qū)室的表達(dá)量分析
葉綠體是光合作用的場(chǎng)所,也是產(chǎn)生活性氧的主要部位之一,于力等[33]發(fā)現(xiàn),接種TYLCV后番茄植株葉片中的葉綠體數(shù)量明顯減少,且其結(jié)構(gòu)發(fā)生變形,說明TYLCV會(huì)使番茄葉片的葉綠體產(chǎn)生損傷。張永平等[34]發(fā)現(xiàn),接種番茄黃化曲葉病后,SOD、CAT和POD等抗氧化酶活性會(huì)發(fā)生顯著變化。許培磊等[35]發(fā)現(xiàn),在雙紅葡萄接種霜霉病菌后的第3天,其葉綠體結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度的變化。本研究表明,響應(yīng)TYLCV和NO的抗氧化物酶編碼基因在葉綠體中的數(shù)量最多,表明葉綠體可能是抗氧化酶主要的工作場(chǎng)所。這可能是接種TYLCV后,外源NO誘導(dǎo)抗氧化物酶基因的表達(dá)量發(fā)生變化,導(dǎo)致SOD、CAT和POD等抗氧化酶活性也發(fā)生改變,從而調(diào)控ROS含量,減輕其對(duì)葉綠體的損傷,最終提高植物對(duì)生物脅迫的抗性。
參考文獻(xiàn)
[1] VAN ECK J, KIRK D D, WALMSLEY A M. Tomato
(Lycopersicum esculentum) [J]. Methods Mol. Biol., 2006, 343(1):
459-473.
[2] 國(guó)艷梅,杜永臣,王孝宣,等.番茄黃化卷葉病毒病(TYLCV)的
研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào),2009,11(5):30-35.
GUO Y M, DU Y C, WANG X X, et al .. Research progress in
tomato yellow leaf curl viruses [J]. J. Agric. Sci. Technol.,
2009, 11(5):30-35.
[3] LI T, WANG Y H, HUANG Y, et al .. A novel plant proteindisulfide
isomerase participates in resistance response against
the TYLCV in tomato [J/OL]. Planta, 2020, 252(2):1 [2023-07-
20]. https://doi.org/10.1007/s00425-020-03430-1.
[4] PRASAD A, SHARMA N, HARI-GOWTHEM G, et al .. Tomato
yellow leaf curl virus: impact, challenges, and management [J].
Trends Plant Sci., 2020, 25(9):897-911.
[5] SUN W J, LYU W J, LI L N, et al .. Eugenol confers resistance
to tomato yellow leaf curl virus (TYLCV) by regulating the
expression of SlPer1 in tomato plants [J]. New Biotechnol.,
2016, 33(3):345-389.
[6] PITERKOVá J, LUHOVá L, MIESLEROVá B, et al .. Nitric
oxide and reactive oxygen species regulate the accumulation of
heat shock proteins in tomato leaves in response to heat shock
and pathogen infection [J]. Plant Sci., 2013, 207(1):57-65.
[7] ZHENG Y, HONG H, CHEN L, et al .. LeMAPK1, LeMAPK2,
and LeMAPK3 are associated with nitric oxide-induced defense
response against Botrytis cinerea in the Lycopersicon esculentum
fruit [J]. J. Agric. Food Chem., 2014, 62(6):1390-1396.
[8] NOORBAKHSH Z, TAHERI P. Nitric oxide: a signaling
molecule which activates cell wall-associated defense of tomato
against Rhizoctonia solani [J]. Eur. J. Plant Pathol., 2016, 144
(3):551-568.
[9] SIVAKUMARAN A, AKINYEMI A, MANDON J, et al .. ABA
suppresses botrytis cinerea elicited NO production in tomato to
influence H2O2 generation and increase host susceptibility [J/OL].
Front. Plant Sci., 2016, 7: 709 [2023-07-20]. https://doi. org/
10.3389/fpls.2016.00709.
[10] MA?OLEPSZA U, RóZALSKA S. Nitric oxide and hydrogen
peroxide in tomato resistance. nitric oxide modulates hydrogen
peroxide level in o-hydroxyethylorutin-induced resistance to
Botrytis cinerea in tomato [J]. Plant Physiol. Biochem., 2005,
43(6):623-635.
[11] DELLEDONNE M, ZEIER J, MAROCCO A, et al .. Signal
interactions between nitric oxide and reactive oxygen
intermediates in the plant hypersensitive disease resistance
response [J]. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2001, 98(23):13454-
13459.
[12] ROMERO-PUERTAS M C, LAXA M, MATTè A, et al .. Snitrosylation
of peroxiredoxin II E promotes peroxynitrite-
mediated tyrosine nitration [J]. Plant Cell, 2007, 19(12):4120-
4130.
[13] DELLEDONNE M. NO news is good news for plants [J]. Curr.
Opin. Plant Biol., 2005, 8(4):390-396.
[14] 胡炎.東南景天對(duì)鎘脅迫的響應(yīng)和鎘再轉(zhuǎn)運(yùn)的生理與分子
機(jī)制[D].杭州:浙江大學(xué),2019.
HU Y. Physiological and molecular responses and cadmium
retranslocation in sedum alfredii under cadmium stress [D].
Hangzhou: Zhejiang Uniiversity, 2019.
[15] KENNETH J L, THOMAS D S. Analysis of relative gene
expression data using real-time quantitative PCR and thg 2-ΔΔCT
method [J]. Method, 2001, 25(4): 402-408.
[16] CHOE S, CHOI B, KANG J H, et al .. Tolerance to tomato
yellow leaf curl virus in transgenic tomato overexpressing a
cellulose synthase-like gene [J]. Plant Biotechnol. J., 2021, 19(4):
657-659.
[17] ALI S, HUANG Z, LI H, et al .. Antioxidant enzyme influences
germination, stress tolerance, and virulence of Isaria
fumosorosea [J]. J. Basic Microbiol., 2013, 53(6):489-497.
[18] HAO Q, ZHANG L, YANG Y, et al .. Genome-wide analysis of
the WOX gene family and function exploration of GmWOX18 in
soybean [J/OL]. Plants (Basel), 2019, 8(7): 8070215 [2023-07-
20]. https://doi.org/10.3390/plants8070215.
[19] YU W, KONG G, CHAO J, et al .. Genome-wide identification
of the rubber tree superoxide dismutase (SOD) gene family and
analysis of its expression under abiotic stress [J/OL]. PeerJ,
2022, 10: 14251 [2023-07-20]. https://doi.org/10.7717/peerj.14251.
[20] ZHANG Y, ZHENG L, YUN L, et al .. Catalase (CAT) gene
family in wheat (Triticum aestivum L.): evolution, expression
pattern and function analysis [J/OL]. Int. J. Mol. Sci., 2022, 23
(1):542 [2023-07-20]. https://doi.org/10.3390/ijms23010542.
[21] 劉放.不同番茄材料黃化曲葉病毒病抗性研究[D].蘭州:甘
肅農(nóng)業(yè)大學(xué),2020.
LIU F. Study on resistance to yellow leaf curl virus disease in
different tomato materials [D]. Lanzhou: Gansu Agricultural
University, 2020.
[22] 韋弟,韋莉萍,周維,等.香蕉枯萎病菌對(duì)不同抗性香蕉品種
根系抗氧化能力的影響[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2021,52(7):1851-
1859.
WEI D, WEI L P, ZHOU W, et al .. Effects of Fusarium
oxysporum f. sp. cubense on antioxidant capacity in roots of
different resistant banana varieties [J]. J. Southern Agric.,
2021, 52(7):1851-1859.
[23] 丁玉梅,張杰,謝俊俊,等. 枯萎病菌脅迫下3 種黑籽南瓜
HQRGA2 表達(dá)及抗氧化酶活性差異分析[J].植物生理學(xué)報(bào),
2019,55(3):349-358.
DING Y M, ZHANG J, XIE J J, et al .. Expression analysis of
HQRGA2 and differences of anti-oxidant enzymes in three
varieties of Cucurbita ficifolia under stress of Fusarium
oxysporum f. sp. Cucumerinum [J]. Plant Physiol. J., 2019, 55(3):
349-358.
[24] SHANG S, TANG Y, DAI J, et al .. Genomic analysis of the
principal members of antioxidant enzymes in simulated
stresses response and postharvest physiological deterioration in
Cassava [J]. Trop. Plant Biol., 2021,14(1):419-428.
[25] JIANG M, MIAO L X, HE C. Overexpression of an oil radish
superoxide dismutase gene in broccoli confers resistance to
downy mildew [J]. Plant Mol. Biol. Rep., 2012,30(1):966-972.
[26] MHAMDI A, NOCTOR G, BAKER A. Plant catalases:
peroxisomal redox guardians [J]. Arch. Biochem. Biophys.,
2012,525(2):181-194.
[27] 張志剛.大白菜抗蕪菁花葉病毒(TuMV)遺傳規(guī)律及過氧化
氫等保護(hù)酶與抗病性關(guān)系的研究[D].泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué),
2011.
ZHANG Z G. Studies on Inheritance of TuMV resistance of
Chinese cabbage and the relationship between protective
enzymes and TuMV resistance [D]. Tai’an: Shandong Agricultural
University, 2011.
[28] 趙曉菊,張麗霞,滿秀玲.NO對(duì)鹽脅迫下長(zhǎng)春花種子萌發(fā)和
幼苗生理代謝的影響[J].植物研究,2018,38(5):669-674,681.
ZHAO X J, ZHANG L X, MAN X L. Effects of exogenous NO
on seed germination and physiological metabolism in
Catharanthus roseus seedling under NaCl stress [J]. Bull. Bot.
Res., 2018, 38(5):669-674,681.
[29] SHI H T, LI R J, CAI W, et al .. In vivo role of nitric oxide in
plant response to abiotic and biotic stress [J]. Plant Signaling
Behav., 2012, 7(3):437-439.
[30] WANG X, WANG B, ZHU X, et al .. Exogenous nitric oxide
alleviates the damage caused by tomato yellow leaf curl virus
in tomato through regulation of peptidase inhibitor genes [J/OL].
Int. J. Mol. Sci., 2022, 23(20):12542 [2023-07-20]. https://doi.
org/10.3390/ijms232012542.
[31] CHOE S, CHOI B, KANG J H, et al .. Tolerance to tomato
yellow leaf curl virus in transgenic tomato overexpressing a
cellulose synthase-like gene [J]. Plant Biotechnol. J., 2021, 19(4):
657-659.
[32] LI Y, CAO X L, ZHU Y, et al .. Osa-miR398b boosts H2O2
production and rice blast disease-resistance via multiple
superoxide dismutases [J]. New Phytol., 2019, 222(3):1507-1522.
[33] 于力,郭世榮,朱為民,等.番茄黃化曲葉病毒對(duì)番茄葉片光
合特性和葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響[J].西北植物學(xué)報(bào),2011,
31(7):1355-1359.
YU L, GUO S R, ZHU W M, et al .. Effects of tomato yellow leaf
curl virus on photosynthetic characteristics and chloroplast
ultra-structure of the tomato leaves [J]. Acta Bot. Bor-Occid.
Sin., 2011, 31(7):1355-1359.
[34] 張永平,朱為民.TYLCV侵染對(duì)番茄葉片解剖結(jié)構(gòu)和保護(hù)酶
系統(tǒng)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(29):14188-14190.
ZHANG Y P, ZHU W M. The effects of TYLCV infection on
leaf anatomical structure and protective enzyme system of
tomato [J]. J. Anhui Agric. Sci., 2009, 37(29):14188-14190.
[35] 許培磊,楊義明,秦紅艷,等.不同品種山葡萄接種霜霉病菌
后葉片的超微結(jié)構(gòu)與抗氧化酶活性變化[J]. 北方園藝,
2018(17):45-54.
XU P L, YANG Y M, QIN H Y, et al .. Changes of
ultrastructure and antioxidant enzyme in leaves of two cultivars
of Vitis amurensis in response to downy mildew [J]. Northern
Hortic., 2018 (17):45-54.