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鹞落坪半夏生境地主要草本种群生态位特征

欧祖兰, 王占军, 陈延松, 沈章军, 楚爱香, 王玲玲, 齐璐璐

欧祖兰, 王占军, 陈延松, 沈章军, 楚爱香, 王玲玲, 齐璐璐. 鹞落坪半夏生境地主要草本种群生态位特征[J]. 华南农业大学学报, 2016, 37(4): 82-89. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2016.04.014
引用本文: 欧祖兰, 王占军, 陈延松, 沈章军, 楚爱香, 王玲玲, 齐璐璐. 鹞落坪半夏生境地主要草本种群生态位特征[J]. 华南农业大学学报, 2016, 37(4): 82-89. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2016.04.014
OU Zulan, WANG Zhanjun, CHEN Yansong, SHEN Zhangjun, CHU Aixiang, WANG Lingling, QI Lulu. Niche characteristics of main herbaceous populations in habitat of Pinella yaoluopingensis[J]. Journal of South China Agricultural University, 2016, 37(4): 82-89. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2016.04.014
Citation: OU Zulan, WANG Zhanjun, CHEN Yansong, SHEN Zhangjun, CHU Aixiang, WANG Lingling, QI Lulu. Niche characteristics of main herbaceous populations in habitat of Pinella yaoluopingensis[J]. Journal of South China Agricultural University, 2016, 37(4): 82-89. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2016.04.014

鹞落坪半夏生境地主要草本种群生态位特征

基金项目: 

安徽省自然科学基金 1208085MC54

详细信息
    作者简介:

    欧祖兰(1973—),女,副教授,博士,E-mail:421725466@qq.com

  • 中图分类号: Q948.1

Niche characteristics of main herbaceous populations in habitat of Pinella yaoluopingensis

Article Text (iFLYTEK Translation)
  • 摘要:
    目的 

    通过研究鹞落坪半夏Pinella yaoluopingensis生境地主要草本种群对环境的适应能力及对资源的利用状况,为保护和开发利用鹞落坪半夏资源提供指导性建议。

    方法 

    对安徽省鹞落坪保护区特有种鹞落坪半夏生境地草本层进行调查,运用Levins和Shaanon-Wiener生态位宽度指数和Levins生态位重叠度指数,对生境地主要草本种群的生态位宽度及生态位重叠度进行定量研究。

    结果 

    鹞落坪半夏生境地17个主要草本种群中,多数草本种群生态位宽度较大,其中,金星蕨Parathelypteris glanduligera、臭草Melica scabrosa、博落回Macleaya cordata生态位宽度居前3位,它们也是鹞落坪半夏生境地草本层的优势种,生态位宽度居最后3位的是荩草Arthraxon hispidus、待宵草Oenothera stricta、一年蓬Erigeron annuus,鹞落坪半夏生态位宽度居中下水平。主要草本种群的重要值(Ⅳ)与生态位宽度BiBi′呈极显著正相关,相关系数分别为0.807(Sig.=0.000)、0.707(Sig.=0.002)。生态位重叠值在0.4以下的种对占所有种对的83.46%,其中生态位重叠值为0的种对占38.60%,而生态位重叠值>1.0的种对仅占总物种种对的1.10%,各种对间的生态位重叠指数并未与相应种群的生态位宽度呈现出相关性。

    结论 

    鹞落坪半夏生境地主要草本种群生态学特性相似性不大,对资源的共享趋势不明显,主要草本种群能和谐地共生于群落中,但鹞落坪半夏生态位宽度并无优势,只处于伴生地位。

    Abstract:
    Objective 

    The adaptability and resources utilization of main herbaceous populations in habitat of Pinella yaoluopingensis were studied, with an aim to provide guidance and suggestions for protecting and exploiting P. yaoluopingensis.

    Method 

    The herb layer in habitat communities of P. yaoluopingensis, an endemic species in Anhui Province was investigated. The niche breadths and overlaps of main herbaceous populations in the communities were measured using Levins-niche breadth, Shaanon-Wiener-niche breadth and Levins-niche overlap indices.

    Result 

    Among all 17 main herbaceous populations in habitat communities of P. yaoluopingensis, the niche breadths of most populations were wide. Parathelypteris glanduligera, Melica scabrosa and Macleaya cordata had the widest niche breadth, meanwhile, they were also the dominant populations of the herb layer. Arthraxon hispidu, Oenothera stricta and Erigeron annuus had the narrowest niche breadth, followed by P. yaoluopingensis. The important values and niche breadth Bi, Bi′of main populations were highly significantly correlated, and the correlation coefficients were 0.807(Sig.=0.000) and 0.707(Sig.=0.002)respectively. Of all population pairs, the population pairs whose niche overlap values were below 0.4 accounted for 83.46%, the population pairs whose niche overlap values were 0 accounted for 38.60%, but the population pairs whose niche overlap values were above 1.0 only accounted for 1.10%. There was no direct relationship between niche breadths and niche overlaps of main herbaceous populations.

    Conclusion 

    There is little similarity in ecological characteristics for main herbaceous populations in habitat of P. yaoluopingensis. There is no obvious tendency in resource sharing — the main herbaceous populations grow in the communities harmoniously, but there is no advantage in niche breadth for P. yaoluopingensis which is in associated status.

  • 番茄Solanum lycopersicum因含有丰富的营养物质而成为我国重要的蔬菜作物,也是研究果实发育、成熟的重要模式植物[-]。番茄种植过程中易受病原菌侵害,造成减产,细菌性斑点病、细菌性溃疡病、细菌性枯萎病等细菌性病害是造成番茄减产的重要原因[]。丁香假单胞菌番茄致病变种(Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000,Pst DC3000)是番茄细菌性斑点病的致病变种之一,也是研究植物−病原菌互作的模式菌株[]Pst DC3000吸附到番茄叶片表面,从气孔或伤口侵入,引起局部坏死、周围弥漫性黄化,危害番茄叶片、果实、花、茎秆等,给番茄产业造成严重的损失。

    茉莉酸(Jasmonic acid,JA)是一类广泛存在于植物中的内源激素,1971年在一种真菌培养过滤液中获得[]。研究发现,外源JA具有促进植物衰老和调控生长的作用,且昆虫啃咬和真菌侵染均可以促进JA和茉莉酸甲酯(Methyl jasmonate,MeJA)的积累[-]。植物在逆境条件下,积累不同形式的JA,最终生成活性的茉莉酸−异亮氨酸(Jasmonic acid-isoleucine,JA-Ile),JA-Ile诱导JA受体F-box CORONATINE INSENSITIVE1(COI1)与Jasmonate ZIM-domain(JAZ)蛋白形成共受体复合体,促使JAZ蛋白被泛素化降解,激活转录因子下游抗病反应基因的表达[-]。例如SlJAZ25基因在番茄对灰叶斑病的抗性反应中起负调控作用[]。通过病毒沉默番茄JAZ3基因发现番茄对叶霉病的抵抗能力降低,同时,植株内源JA含量降低,水杨酸(Salicylic acid,SA)含量升高[]AtJAZ7基因的突变增加了拟南芥对尖孢镰刀菌和Pst DC3000的感病性[]SlJAZ2SlJAZ6SlJAZ7瞬时沉默植株对Pst DC3000的敏感性增加[]Pst DC3000的致病因子冠菌素与JA-Ile在结构上存在很大的相似性,冠菌素通过模仿JA-Ile,激活JA信号传导,抑制SA介导的防御信号[]。拟南芥ANAC032转录因子与MYC2NIMIN1PDF1.2启动子结合,激活SA介导的防御反应但抑制JA反应基因的表达,提高对Pst DC3000的抗性[],说明JA和SA之间拮抗或协同的关系可帮助植物抵御外界不良环境[]

    植物TGA转录因子(TGACG-binding transcription factor)是SA抗病途径的重要调节因子,也是JA/乙烯抗病信号途径中的重要组成部分,发挥重要作用[-]。拟南芥TGA转录因子家族共有10个基因,分为5组,每组都具有不同的功能。TGA与病程相关(Pathogenesis related,PR)蛋白基因启动子上TGACG(as-1)元件结合调节下游病程相关基因的转录水平,从而提高植物的抗病性[-]。研究表明TGA转录因子I、II、III组与SA受体NON-EXPRESSOR of PR-1(NPR1)均存在不同强度的互作[-]。在JA/ETH诱导下tga2/5/6 3份突变体中PDF1.2b-CHI表达被抑制,使得番茄对坏死性番茄灰霉病更易感[]。从大豆基因组中鉴定出的GmTGA8GmTGA19明显抑制大豆花叶病毒的增殖,对大豆花叶病具有明显基础抗性[]。在猕猴桃中瞬时过表达AcTGA01、AcTGA06、AcTGA07、AcTGA09有利于增强猕猴桃对细菌性溃疡病的抗病性,其中瞬时过表达AcTGA7的猕猴桃叶片中细菌积累量最少[]。JAZ和TGA转录因子分别是JA和SA途径的重要调控因子,JAZ3基因瞬时沉默可以同时影响JA和SA的含量,推测JAZ和TGA间可能有一定关联[]

    番茄13个JAZ家族成员中,SlJAZ1~12基因均受到Pst DC3000的诱导,其中SlJAZ7Pst DC3000病原菌诱导3 h的表达量显著上调,瞬时沉默SlJAZ7基因后植株感病性增加[],然而其中的分子机制尚未阐明。为进一步探索SlJAZ7在番茄抗病性中的调控机制,本研究首先通过转基因技术获得过表达SlJAZ7基因的转基因番茄,接种Pst DC3000验证其抗病功能,通过RT-qPCR明确SlJAZ7响应Pst DC3000、JA及SA处理,通过Y2H等试验探索SlJAZ7与SlTGA7的关系,这将为进一步研究SlJAZ7基因的作用机理和防治番茄细菌性斑点病提供理论基础。

    野生小果型番茄‘Micro-Tom’(MT)和本氏烟草由海南大学海南省热带生物资源可持续利用重点实验室、热带作物生物育种国家重点实验室(本实验室)保存,种植于26 ℃温室中,培养条件为16 h光照/8 h黑暗。

    Taq PCR试剂(目录号:KT201-02)、多糖多酚植物总RNA提取试剂盒(目录号:DP441)购自天根生化科技(北京)有限公司;反转录试剂盒(目录号:D2639A)和SYBR Premix Ex Taq Kit(目录号:DRR081A)、Clontech酵母双杂交试剂盒(目录号:630489)及酵母培养基购自宝生物有限公司;PCR产物回收纯化试剂盒(目录号:DR02)、质粒提取试剂盒(目录号:PL03)购自艾德莱生物有限公司;大肠埃希菌感受态DH5α、农杆菌感受态LBA4404和酵母Y2H Gold感受态细胞购自上海唯地生物技术有限公司;植物表达载体pGAMBIA1300-eGFP由本实验室改造保存。

    在Phytozome 13(https://phytozome-next.jgi.doe.gov/)数据库中选择番茄数据库S. lycopersicum ITAG4.0,根据基因序列号Solyc11g011030搜索得到SlJAZ7的基因序列,设计全长引物(表1),利用PCR扩增得到SlJAZ7全长片段。

    表  1  本研究所用引物
    Table  1.  Primers used in this study
    引物名称
    Primer name
    引物序列1) (5′→3′)
    Primer sequence
    目的
    Purpose
    SlJAZ7-NC-F agtggtctctgtccagtcctATGGATTCAAGAATGGAGATAGATT 基因克隆
    SlJAZ7-NC-R ggtctcagcagaccacaagtGTTTTCCCAATGAACGCTTGAC 基因克隆
    SlJAZ7-EcoRI-F ccggaattcATGGATTCAAGAATGGAGATAGATT 互作关系验证
    SlJAZ7-BamHI-R cgggatccGTTTTCCCAATGAACGCTTGAC 互作关系验证
    SlTGA7-EcoRI-F ccggaattcATGAACATGAGTTCTACATCAACTC 互作关系验证
    SlTGA7-BamHI-R cgggatccGGTAGGTTCACGAGGACGAG 互作关系验证
    SlJAZ7-SalI-F acgcgtcgacATGGATTCAAGAATGGAGATAGATT BiFC试验
    SlTGA7-SalI-F acgcgtcgacATGAACATGAGTTCTACATCAACTC BiFC试验
    SlJAZ7-Q-F ATTATGCTAAAGGAGCACTTGCTAT RT-qPCR
    SlJAZ7-Q-R CGCTTGACGACGCCG RT-qPCR
    Sltublin-Q-F TTGGTTTTGCACCACTGACTTC RT-qPCR
    Sltublin-Q-R AAGCTCTGGCACTCTCAAAGC RT-qPCR
     1)带下划线的碱基代表酶切位点序列
     1) The underlined bases represent the sequences of enzyme cleavage site
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    将MT番茄种子消毒后培养7~10 d长出2片完整子叶,切下子叶,放入D600 nm=0.35~0.40的农杆菌悬浮液中侵染15 min,然后于20~22 ℃下避光共培养2 d。将外植体转移到筛选培养基诱导愈伤,一定时间后转入再生培养基中,待长出4~5 cm不定芽,转入生根培养基中。将再生苗移栽至装有基质的营养钵中培养成苗。

    为鉴定SlJAZ7的转基因阳性植株,采集野生型植株(WT)及转基因植株(OE)的叶片,利用RT-qPCR,以SlTublin (Solyc10g086760)为内参基因,参考宝生物公司SYBR Premix Ex Taq II Kit说明书操作完成RT-qPCR反应,检测SlJAZ7在转基因植株的表达量。

    Pst DC3000菌液于KB平板(25 µg/mL利福平)上划线纯化,挑取单菌落,使用10 mmol/L氯化镁溶液稀释,使悬浮液D600 nm为0.2,加入0.025%(φ)的表面活性剂,均匀喷洒至野生型植株(WT)叶片和过表达SlJAZ7植株(SlJAZ7-OE)叶片正反面,23 ℃暗培养1 d后转入26 ℃培养房中正常培养3 d,拍照保存。

    使用纯水溶解DAB粉末,配置终质量浓度为1 mg/mL的DAB染色液,将叶片浸泡至染色液中,于锡箔纸中避光染色4 h。按照无水乙醇、甘油、冰醋酸的体积比为3∶1∶1的比例配制成脱色液。将染色后的叶片放入脱色液中煮沸15 min,至叶片底色变白,弃脱色液,超纯水清洗多次,拍照保存。

    为了研究SlJAZ7SlTGA7基因的组织表达模式,采集种植45 d MT番茄的根、茎、叶、花和不同时期果实的样品,液氮保存,备用。为了研究SlJAZ7SlTGA7基因对不同胁迫的响应模式,生长期45 d左右、生长势一致的MT幼苗被用于胁迫处理试验,将2 mmol/L SA、100 µmol/L MeJA、D600 nm为0.2的Pst DC3000菌液喷施在叶片背面,于0、0.25、0.5、1、2、4、6、24 h采集植株叶片。提取RNA并反转录获得cDNA作为模板,以SlTublin (Solyc10g086760)为内参基因,参考宝生物公司SYBR Premix Ex Taq II Kit说明书操作完成RT-qPCR反应,仪器为Step-One Plus (ABI,USA),利用2−ΔΔCt计算相对表达量,使用GraphPad Prism 8.0.1软件绘图。

    将去掉终止密码子的SlJAZ7SlTGA7基因的CDS序列重组至pGAMBIA1300:eGFP载体中,构建35S:SlJAZ7:eGFP:pGAMBIA1300、35S:SlTGA7:eGFP:pGAMBIA1300植物表达载体。以pGAMBIA1300:eGFP为对照,将测序正确的质粒转化农杆菌感受态细胞LBA4404,挑取单菌落活化至D600 nm为0.4,浓缩至D600 nm在0.8左右,加入终浓度200 µmol/L的乙酰丁香酮,混匀后室温避光静置3 h,注射烟草叶片下表皮细胞,48 h后观察绿色荧光蛋白的亚细胞定位。

    将SlTGA7-pGBKT7质粒与SlJAZ7-pGADT7质粒共转至酵母感受态Y2H Gold中,涂布酵母培养基DDO(SD/-Trp-Leu)上,挑取单菌落,用pGADT7和pGBKT7的通用引物进行PCR鉴定,得到阳性菌株后,用9 g/L氯化钠溶液重悬并调整菌液D600 nm为0.002,9 g/L氯化钠溶液稀释不同的浓度梯度,点至DDO/X/A(SD/-Trp-Leu/X-α-Gal/AbA)、QDO/X/A(SD/-Trp-Leu-His-Ade/X-α-Gal/AbA)平板上培养3~5 d,观察菌斑是否变蓝,以验证两者是否存在互作。

    通过Sal I和BamH I内切酶将已去掉终止密码子的SlJAZ7SlTGA7基因CDS片段分别重组得到SlJAZ7:nYFP、SlTGA7:cYFP载体,转化至农杆菌感受态GV3101(pSoup-p19),菌液经PCR鉴定正确后,将两者与核定位标记基因的农杆菌按照1∶1∶1的体积比混合均匀注射至烟草叶背面。3 d后在共聚焦显微镜下观察荧光。

    将番茄SlJAZ7基因重组至pet28(a)-sumo-flag、SlTGA7重组至pet28(a)-sumo-strep构建原核表达载体(原核表达载体由本实验室改造保存),经测序正确后,转入大肠埃希菌感受态Rosetta (DE3)中大量表达蛋白,使用IPTG诱导提取细菌蛋白,BCA法测定蛋白浓度[],经Western blot和考马斯亮蓝染色后检测蛋白质表达量。Input组A、B设置为等比例混合的SlJAZ7: pet28(a)-sumo-flag和SlTGA7: pet28(a)-sumo-strep、SlJAZ7: pet28(a)-sumo-flag和pet28(a)-sumo-strep空载蛋白,IP组设置为使用带有flag抗体的磁珠下拉处理过的上述蛋白,经SDS-PAGE验证后分别使用flag和strep抗体孵育,检测flag和strep标签的存在。

    定量数据均设计3次技术重复,数据以平均值±标准误表示,使用Excel表格对数据进行整理分析,使用公式2−ΔΔCt计算相对表达量,以t检验作为差异显著性分析方法,使用GraphPad Prism 8.0.1软件绘图。

    本研究利用农杆菌介导的番茄遗传转化体系,创制稳定遗传的转基因番茄植株,并通过RT-qPCR鉴定获得6株阳性株系。所有过表达株系SlJAZ7-OE中,SlJAZ7的表达量均显著高于野生型(WT),其中SlJAZ7基因在OE5株系表达量最高(图1)。为研究SlJAZ7基因在防御番茄细菌性斑点病中的功能,对WT和SlJAZ7-OE接种Pst DC3000,结果显示,接种4 d后,WT和SlJAZ7-OE叶片均产生黄色病斑,但是,WT病斑的面积更大(图2A)。

    图 1 转基因阳性植株SlJAZ7相对表达量
    图  1  转基因阳性植株SlJAZ7相对表达量
    WT:野生型;OE1、5、6、7、12、14:过表达株系;“*”“**”分别表示过表达株系与野生型在P < 0.05和P < 0.01水平差异显著(t检验)
    Figure  1.  Relative expression level of SlJAZ7 in transgenic positive plants
    WT: Wild type; OE1, 5, 6, 7, 12, 14: Overexpressed lines; “*” and “**” indicate signidicant differences between overexpressed lines and wild type at P < 0.05 and P < 0.01 levels (t test)

    由于Pst DC3000侵染会引起活性氧的积累,导致植物细胞膜系统损伤。本研究使用DAB染色检测接种4 d后番茄叶片中活性氧的积累。结果发现,DAB染色后WT叶片的黄褐色沉淀比SlJAZ7-OE多而深,说明WT较SlJAZ7-OE积累了更多的活性氧(图2B)。以上结果表明过表达SlJAZ7基因减少了Pst DC3000接种后番茄的活性氧积累,减轻了转基因番茄的病症。

    图 2 Pst DC3000病原菌侵染野生型(WT)和过表达株系(OE)后的表型(A)及DAB染色结果(B)
    图  2  Pst DC3000病原菌侵染野生型(WT)和过表达株系(OE)后的表型(A)及DAB染色结果(B)
    Figure  2.  Phenotype (A) and DAB staining results (B) after Pst DC3000 pathogens infection on wild type (WT) and overexpressed line (OE)

    为了探究TGA家族与JAZ家族基因间的关系,前期通过RT-qPCR研究了番茄TGA转录因子家族13个成员对Pst DC3000、SA和JA处理的响应模式,结果显示SlTGA7 (Solyc12g056860)对Pst DC3000、SA和MeJA都有响应。在Pst DC3000和MeJA处理下,SlTGA7表达被显著抑制,而在SA处理下,SlTGA7表达显著上调,在6 h时表达量达到最高(图3A~3C)。与SlTGA基因的表达模式不同,在Pst DC3000处理0~24 h内,SlJAZ7基因的表达量显著上调。在MeJA处理过程中SlJAZ7基因表达量除6 h显著下调外,其余时间点均显著上调。在SA处理0.5、4 h时,SlJAZ7基因表达量显著上调,2、6~24 h时,SlJAZ7表达量显著下调(图3D~3F)。

    图 3 Pst DC3000、MeJA和SA处理下SlTGA7 (A、B、C)和SlJAZ7 (D、E、F)的表达模式
    图  3  Pst DC3000、MeJA和SA处理下SlTGA7 (A、B、C)和SlJAZ7 (D、E、F)的表达模式
    “*”“**”分别表示其他时间点与0 h在P < 0.05和P < 0.01水平差异显著(t检验)
    Figure  3.  Expression patterns of SlTGA7 (A, B, C) and SlJAZ7 (D, E, F) under Pst DC3000, MeJA and SA treatments
    “*” and “**” indicate significant differences between other time points and 0 h at P < 0.05 and P < 0.01 respectively (t test)

    两者的组织特异性表达分析结果显示,SlTGA7基因在成熟红果中的表达量最高,在根、茎和老叶等营养器官中也高表达(图4A);说明SlTGA7可能参与番茄生殖和营养生长。SlJAZ7在茎中的表达量最高,在老叶、幼叶、根中次之,在果和花中表达量最低,在营养器官中总体表达水平要高于生殖器官(图4B),这表明SlJAZ7可能主要在营养器官中发挥功能。利用RT-qPCR检测SlTGA7基因在SlJAZ7过表达株系中的表达量,结果发现SlJAZ7过表达后,SlTGA7基因的表达量均显著高于野生型(图5);说明SlJAZ7在转录水平的变化可以影响SlTGA7的转录水平。

    图 4 SlTGA7和SlJAZ7在不同器官中的表达模式
    图  4  SlTGA7SlJAZ7在不同器官中的表达模式
    1:青熟期果实,2:绿熟期果实,3:破色期果实,4:成熟红果,5:根,6:茎,7:幼叶,8:成熟叶,9:老叶,10:未完全展开的花;“*”“**”分别表示其他器官与青熟期果实在P < 0.05、P < 0.01水平差异显著(t检验)
    Figure  4.  Tissue specific expression profile of SlTGA7 and SlJAZ7
    1: Fruit at cyan ripening stage, 2: Fruit at green ripening stage, 3: Fruit at green colour breaking stage, 4: Mature red fruit, 5: Root, 6: Stem, 7: Young leaf, 8: Mature leaf, 9: Old leaf, 10: Not fully unfolded flower; “*” and “**” indicate significant differences between other organs and fruits at cyan ripening stage at P < 0.05 and P < 0.01 levels respectively (t test)
    图 5 SlJAZ7过表达株系叶片中SlTGA7的表达模式
    图  5  SlJAZ7过表达株系叶片中SlTGA7的表达模式
    WT:野生型,OE1、5、6、7、12、14:过表达株系;“*”“**”分别表示过表达株系与野生型在P < 0.05和P < 0.01水平差异显著(t检验)
    Figure  5.  Expression pattern of SlTGA7 in the leaves of SlJAZ7 overexpressed strains
    WT: Wild type, OE1, 5, 6, 7, 12, 14: Overexpressed lines; “*” and “**” indicate signidicant differences between overexpressed lines and wild type at P < 0.05 and P < 0.01 levels (t test)

    通过注射烟草下表皮细胞,使用共聚焦显微镜观察。35S:eGFP:pGAMBIA1300蛋白是质膜共定位,而SlJAZ7和SlTGA7蛋白均在细胞核中呈现绿色荧光信号(图6),与核定位Marker的红色荧光信号重叠后呈现黄色荧光,表明SlJAZ7和SlTGA7蛋白定位于细胞核中,主要在细胞核中行使功能。

    图 6 番茄SlJAZ7和SlTGA7的亚细胞定位
    图  6  番茄SlJAZ7和SlTGA7的亚细胞定位
    Figure  6.  Subcellular localization of SlJAZ7 and SlTGA7 in tomato

    通过Y2H点对点试验验证SlJAZ7蛋白与SlTGA7蛋白的互作关系。如图7所示,pGADT7-SlJAZ7与pGBKT7-SlTGA7在DDO/X/A和QDO/X/A平板上和阳性对照一样,正常生长且变蓝,而阴性对照没有生长、变蓝,表明SlJAZ7和SlTGA7蛋白可能存在互作。

    图 7 Y2H试验验证番茄SlJAZ7和SlTGA7蛋白的互作关系
    图  7  Y2H试验验证番茄SlJAZ7和SlTGA7蛋白的互作关系
    pGADT7-T/pGBKT7-Lam为阴性对照;pGADT7-T/pGBKT7-53为阳性对照;0、10−1、10−2、10−3表示菌液的稀释梯度
    Figure  7.  Interaction between SlJAZ7 and SlTGA7 proteins verified by Y2H
    pGADT7-T/pGBKT7-Lam is negative control; pGADT7-T/pGBKT7-53 is positive control; 0, 10−1, 10−2, 10−3 represent the dilution gradients of bacterial solution

    分别将SlJAZ7:nYFP、SlTGA7:cYFP菌液与核定位Marker等比例混合后共注射至烟草中,于共聚焦显微镜的叠加场下观察到细胞核中存在黄色荧光信号,与阳性对照nYFP、cYFP载体一致。但是,SlJAZ7:nYFP/cYFP、SlTGA7:cYF/nYFP无绿色荧光,这进一步证明SlJAZ7和SlTGA7蛋白可能在细胞核中共同发挥功能(图8)。

    图 8 BiFC验证SlJAZ7和SlTGA7蛋白的互作关系(标尺:20 μm)
    图  8  BiFC验证SlJAZ7和SlTGA7蛋白的互作关系(标尺:20 μm)
    Figure  8.  Interaction between SlJAZ7 and SlTGA7 verified by BiFC (scale: 20 μm)

    将构建的原核表达载体SlJAZ7-pet28(a)-sumo-flag和SlTGA7-pet28(a)-sumo-strep通过细菌表达蛋白后,经SDS-PAGE电泳检测蛋白相对分子质量均正确,分别为41 280、51 590(图9)。使用Flag磁珠处理IP组,一抗分别使用flag和strep抗体进行孵育,结果发现,在试验组和阴性对照组的Input组和IP组中均检测到flag标签蛋白,同时试验组的Input和IP组也检测到strep标签,但在阴性对照IP组中不存在strep标签蛋白,进一步证明SlJAZ7和SlTGA7蛋白存在互作关系(图10)。

    图 9 考马斯亮蓝染色检测SlJAZ7与SlTGA7蛋白的分子量
    图  9  考马斯亮蓝染色检测SlJAZ7与SlTGA7蛋白的分子量
    Figure  9.  Relative molecular masses of SlJAZ7 and SlTGA7 determined by Kaumas bright blue staining
    图 10 Pull down试验验证SlJAZ7与SlTGA7的互作关系
    图  10  Pull down试验验证SlJAZ7与SlTGA7的互作关系
    Figure  10.  Interaction between SlJAZ7与SlTGA7 verified by pull down experiment

    本研究通过转基因番茄的抗病表型试验,发现Pst DC3000处理后SlJAZ7-OE番茄叶片积累的H2O2更少,说明过表达SlJAZ7后番茄的抗病性增强。这与前期瞬时沉默SlJAZ7基因后植株感病性增强的研究结果一致[],再次验证了SlJAZ7基因正调控番茄对细菌性斑点病抗性的结论。本研究发现SlTGA7基因在番茄SlJAZ7过表达株系中均上调表达,证实了SlJAZ7SlTGA7基因可能存在协同作用的推测。番茄TGA转录因子通过与SA受体及参与植物免疫的主要调节因子NPR1相互作用,调节防御相关基因的表达来发挥作用[]。拟南芥AtTGA1AtTGA4与乙烯响应因子ERF互作调控植物抗逆性[]。拟南芥AtTGA7负调控下游AtBG1基因的表达影响植物体内ABA含量,从而响应干旱胁迫[-]。番茄SlTGA7与拟南芥中广泛参与SA调控的抗病反应基因AtTGA4、AtTGA7聚在同一分支[, -],猜测SlTGA7可能也具有相似的功能。根据上述结果推测SlJAZ7基因可能通过提高Pst DC3000病原菌侵染时SlTGA7基因的表达量,启动SlTGA7下游抗病基因的表达,从而提高SlJAZ7转基因番茄的抗病性。

    MeJA比JA更稳定,但与JA作用相同,常被用来代替JA[]。在对番茄JAZ基因的表达分析中,发现几乎所有SlJAZs的表达都受到JA和SA的调节,因此,Sun等[]推测SlJAZs参与抗病的途径可能与JA和SA激素密切相关。本研究发现MeJA处理0.5 h时,SlJAZ7基因表达量显著上调,在1 h时达到最大值,说明SlJAZ7在JA诱导的抗病反应过程中属于早期基因,与番茄SlJAZ11基因的研究结果[]一致。在SA处理过程中,SlJAZ7表达响应SA的模式与JA并不相同,大多处于相反状态,SlTGA7基因对2种激素的响应模式与SlJAZ7基因相反,这与JA与SA信号之间存在拮抗的报道[-]一致。JA与SA之间的协同作用表现在植物受到胁迫时,先激活JA介导的防御基因,随后激活SA信号介导的防御基因的表达[]。已知JAZ基因家族在JA信号通路起作用,TGA基因家族在SA信号通路起作用,正是因为JA与SA信号之间存在串扰,因此,我们猜测SlJAZ7基因和TGA基因家族成员之间可能存在互作,共同调控番茄对Pst DC3000的抗病性。

    本研究通过组织特异性表达分析发现SlJAZ7SlTGA7在营养器官中都高表达,猜测两者都在营养生长中发挥功能,SlTGA7可能也参与果实发育。亚细胞定位显示SlJAZ7和SlTGA7蛋白均定位于细胞核,两者主要在细胞核中行使功能,这与SlJAZ7SlTGA7基因家族的众多同源基因的研究结果类似,如SlJAZ11[]、SlJAZ25[]、GmJAZ3[]、SlTGA2[]、AtTGA7[]均定位于细胞核中。JAZ蛋白作为JA反应的抑制子,已报道可通过与蛋白结合形成特异性的JAZ/TF复合物调控许多生理过程[],通常涉及到丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、氧化还原调节谷胱甘肽(GRX)、MYC2、PDF1.2、WRKY70等[]。植物体内JA含量高时,JAZ抑制因子被泛素化降解,释放转录因子,启动JA应答基因的表达。植物体内缺少JA时,JAZ蛋白抑制转录因子MYC2、MYC3、MYC4,从而抑制JA应答基因的表达[]。本研究证明SlJAZ7蛋白可以与SlTGA7蛋白结合,猜测在SlJAZ7过表达的番茄株系中,SlJAZ7可能通过与SlTGA7蛋白结合,影响SlJAZ7与MYC2等转录因子形成复合物的功能,继而影响JA应答基因的表达。后期将细化转基因番茄的抗病试验,如通过在番茄中瞬时过表达及瞬时沉默SlTGA7后接种Pst DC3000,检测抗病相关基因如PR基因的表达量,验证SlTGA7的抗病功能,以及对SlJAZ7转基因植株接种Pst DC3000,利用定量PCR检测SlTGA7下游抗病相关基因的表达,检测SlJAZ7是否抑制SlTGA7的转录调控。

    为研究SlJAZ7的抗病机理,从番茄叶片中克隆得到SlJAZ7基因。利用农杆菌介导的遗传转化体系创制番茄过表达SlJAZ7转基因株系,接种Pst DC3000后,发现过表达SlJAZ7转基因株系积累了更少的活性氧,表明过表达SlJAZ7基因增强番茄对细菌性斑点病的抗性。表达模式分析发现SlJAZ7SlTGA7都响应Pst DC3000、JA和SA处理,SlTGA7SlJAZ7过表达的番茄株系中也高表达,说明SlJAZ7在转录水平正调控SlTGA7的表达。SlJAZ7和SlTGA7均定位于细胞核中,说明其主要在细胞核中行使功能。Y2H、BiFC和pull down试验证明SlJAZ7和SlTGA7蛋白存在互作,猜测SlJAZ7可能通过与SlTGA7互作,在蛋白水平参与番茄对细菌性斑点病的调控。

  • 表  1   鹞落坪半夏生境地主要草本种群重要值和生态位宽度

    Table  1   The important values and niche breadths of main herbaceous populations in habitat of Pinella yaoluopingensis

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    表  2   鹞落坪半夏生境地主要草本种群生态位宽度分布格局

    Table  2   The niche breadth distribution patterns of main herbaceous populations in habitat of Pinella yaoluopingensis

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    表  3   鹞落坪半夏生境地主要草本种群生态位重叠1)

    Table  3   The niche overlaps of main herbaceous populations in habitat of Pinella yaoluopingensis

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出版历程
  • 收稿日期:  2015-09-23
  • 网络出版日期:  2023-05-17
  • 刊出日期:  2016-07-09

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