稻瘟病菌侵染时水稻防御体系对外源茉莉酸的响应分析

摘要：【目的】探究特定时期稻瘟病菌与水稻互作对外源茉莉酸（JA）的响应，为揭示稻瘟病菌与水稻互作时水稻防御体系对外源JA响应的分子机制提供理论依据。【方法】以稻瘟病菌株95234I-1b和普通感病水稻品种丽江新团黑谷（LTH）为试验材料，通过外源JA以两种不同的方式（处理1，分别用100和400 μmol/L JA处理水稻叶片，6 h后接种95234I-1b菌株；处理2，水稻叶片接种95234I-1b菌株72 h后，分别用100和400 μmol/L JA处理水稻叶片）处理与稻瘟病菌互作过程中特定时期的水稻，调查水稻稻瘟病发病症状，并用即时聚合酶链锁反应（qRT-PCR）检测水稻防御相关基因的表达情况。【结果】外源JA的两种不同处理方式均能减轻受侵染水稻稻瘟病发病症状，并诱导水稻防御相关基因不同程度的上调表达。用100和400 μmol/L JA喷雾水稻6 h后再接种稻瘟病菌株的诱抗效果分别为15.06%和25.63%；稻瘟病菌株孢子接种水稻72 h再喷雾100和400 μmol/L JA的诱抗效果分别为36.60%和47.12%。与对照相比，JA抑制了水稻水杨酸（SA）途径相关基因的大幅上调表达。在一定JA浓度范围内，高浓度JA对SA途径相关基因表达抑制程度高于低浓度JA的抑制程度；高浓度JA诱导JA途径相关基因上调表达幅度高于低浓度JA的诱导程度；高浓度JA诱导PR1a上调表达幅度小于低浓度JA诱导的上调幅度，高浓度JA诱导PR10a上调表达幅度大于低浓度JA诱导的上调幅度。【结论】JA以两种不同的方式处理与稻瘟病菌互作过程中特定时期的水稻，均能诱导水稻病程相关基因和JA途径相关基因上调表达，抑制SA途径相关基因的大幅上调表达，表明水稻防御体系中的病程相关基因及JA途径的相关基因主要参与了水稻防御体系对外源JA的响应。

关键词： 稻瘟病菌；水稻；茉莉酸（JA）；防御相关基因；胁迫响应

中图分类号： S432.1 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2018）07-1324-08

0 引言

【研究意义】水稻是我国最重要的粮食作物之一，其产量和质量直接关系到人民的生活质量和农民的经济收益。稻瘟病是水稻主要病害之一，其发病率较高，严重影响水稻产量（杨庆， 2017）。据调查，每年因稻瘟病造成的水稻减产高达10%～30%，而仅10%的水稻产量即可供给6000万人口一年的粮食需求（Nalley et al.， 2016）。茉莉酸类物质（Jasmonates，JAs）主要代表物为茉莉酸（Jasmonic acids，JA）和茉莉酸甲酯（Methyl jasmonate，MeJA），是一组脂质衍生的激素分子，可调节植物的生长发育，且在植物响应非生物和生物胁迫（特别是防御食草动物和致病微生物入侵）方面发挥作用。JA是一种通过脂氧合酶（LOX）途径产生（Blée，2002）的重要防御信号分子（Browse，2009），LOX途径在植物防御中扮演着重要作用。一般而言，受伤和病原体感染后LOX活性显著增加（Lee and Hong，2014）。JA信号的激活对植物坏死病原体的抗性具有重要意义（Zhang et al.， 2015）。因此，研究稻瘟病菌与水稻互作对外源JA的响应具重要意义。【前人研究进展】JAs是一种新型植物激素，在植物体内和植株间传递抗性信息，将外部逆境（虫害、病原菌和机械伤害等）传递给细胞内大分子（蛋白质和核酸），使之产生应激反应，并诱导产生JA类诱导蛋白（Jasmonates induced proteins，JIPs），再通过某种JIPs活化防卫基因，启动和激活植物自身的化學防御系统。相同的研究也发现，通过过表达编码丙二烯氧化物合成酶基因OsAOS2以增加内源JA水平，是JA生物合成中的关键酶，从而增强水稻对稻瘟病的抗病性（Mei et al.， 2006）。有关外源JA诱导水稻抗性响应的研究已有文献报道。杨艳丽（2010）研究发现外源JA对马铃薯晚疫病菌有直接的抑制作用，并作为信号分子启动了抗性相关酶的合成，诱导产生半肌氨酸蛋白酶抑制剂、苏氨酸脱氨酶及一些与光合作用相关的钙结合蛋白。向妙莲等（2013）发现采用MeJA喷雾处理水稻幼苗能诱导水稻幼苗对白叶枯病的抗性，能提高MeJA水稻相关防御酶的活性；当MeJA浓度为0.1 mmol/L时诱导效果最好，感病品种温229和抗病品种嘉早312的诱导效果分别为73.18%和70.43%。Zhu等（2014）采用高效液相色谱质谱分析发现，被烟草花叶病毒（TMV）感染后，JA和MeJA在叶片早期阶段积累，而水杨酸（SA）和水杨酸甲酯（MeSA）在后期积累，表明MeJA和MeSA对于TMV的系统抗性反应是必需的。He等（2017）利用高通量测序方法比较高感水稻黑条矮缩病毒（RBSD）的水稻品种与普通水稻的全基因表达，发现许多防御或胁迫相关基因上调，表明JA能介导防御RBSDV感病程度。【本研究切入点】前人进行稻瘟病菌与水稻互作对外源JA的响应研究时大多是在JA处理植物后再接种病原菌，分析JA对植物的诱导抗性，并未在JA处理植物后对植物抗性增强的有效时间节点上开展深入研究。【拟解决的关键问题】用外源JA以两种不同的方式处理与稻瘟病菌株95234I-1b互作过程中特定时期的水稻，探究特定时间点喷雾JA后对稻瘟病的防治效果、水稻PR基因的表达及SA和JA途径相关基因的表达，为揭示稻瘟病菌与水稻互作时水稻防御体系对外源JA的响应分子机制提供参考。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

稻瘟病菌株95234I-1b保存于云南生物资源保护与利用国家重点实验室，普通感病水稻品种丽江新团黑谷（LTH）由云南生物资源保护与利用国家重点实验室李成云教授课题组提供。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 稻瘟病菌株95234I-1b培养 95234I-1b菌株活化：用灭菌后的牙签挑取保存于-80 ℃长满菌丝的滤纸片，并置于PSA培养基（马铃薯200 g、蔗糖10 g、琼脂粉15 g、无菌水1 L）上，放入28 ℃恒温培养箱中培养5～7 d至菌丝长满培养皿。用7 mm的打孔器取活化后的95234I-1b菌块接种到PSB培养基中，置于28 ℃摇床上培养3～4 d，于4 ℃冰箱中保存备用。