短日照依赖型模拟病斑SDL1基因参与抗病信号途径的研究

Lesion mimic mutants usually express cytological and biochemical markers that have been associated with disease-resistant responses, and exhibit local and systemic acquired resistance (SAR) to many pathogens, which are ideal material for studying plant disease resistance mechanisms. Appearance of spontaneous cell death lesions in some lesion-mimic mutants is dependent on photoperiod. Therefore, people can explore the molecular mechanism of illumination length affecting plant disease resistance by employing the lesion-mimic mutants which are dependent on photoperiod..In order to investigate the mechanism of disease resistance of plants under short-day condition, an Arabidopsis short-day-dependent lesion mimic mutant1 (sdl1) that displays a spontaneous cell death phenotype under short-day condition was isolated and the SDL1 gene was identified. The SDL1 gene activates the expression of resistance-related genes of salicylic acid, jasmonic acid/ethylene pathway, which suggests that the SDL1 gene is involved in the above defense signaling pathways. On this basis, we plan to study the relationship between the lesions formation of sdl1 with the salicylic acid, jasmonic acid and ethylene pathway, and to explore the role of SDL1 gene in plant disease resistance as well as the influence by the photoperiod in the project. By completion of the project, there will be important scientific significance for further study the molecular mechanism of photoperiod regulating plant disease resistance. Meanwhile, the results are of great potential application value for disease resistance molecular breeding of short-day crops.

模拟病斑突变体(LMM)通常具有与抗病反应相关的细胞学和生物化学特征，对许多病原物表现出局部和系统抗性，是研究植物抗病机理的理想材料。某些LMM的模拟病斑形成还依赖于光照长度，因此，利用依赖于光照长度的LMM可以探讨光照长度影响植物抗病的分子机理。为了探讨植物在短日照下的抗病机理，我们在拟南芥中筛选鉴定了一个在短日照下产生模拟病斑的突变体sdl1，并分离克隆出SDL1基因。研究发现，SDL1基因激活水杨酸、茉莉酸/乙烯信号途径中部分病程相关基因的表达，推测其参与了上述抗病信号途径。本项目拟在此基础上，采用遗传学和分子生物学方法，分析sdl1模拟病斑的形成与水杨酸、茉莉酸/乙烯途径的关系，探讨SDL1基因在水杨酸、茉莉酸/乙烯抗病信号网络中的作用，以及受光照长度的影响。该项目的完成对深入研究光照长度调控植物抗病性具有重要的科学意义；同时，对短日照农作物的抗病分子育种具有潜在的应用价值。

本项目以短日照条件下筛选得到的发生细胞严重死亡的sscd1突变体为研究对象，经鉴定SSCD1基因编码酪氨酸降解途径中的FAH基因，sscd1体内存在着与动物体内相同的酪氨酸降解中间代谢产物琥珀酰丙酮，由此推测植物体内存在与动物体内高度相似的酪氨酸降解途径。本研究采用一系列遗传学、生理生化及分子生物学方法与手段分析了sscd1模拟病斑的形成机制及其与与水杨酸、茉莉酸途径的关系，探讨了SSCD1基因在水杨酸、茉莉酸介导的防御途径中的作用，以及受光照长度的影响。研究结果表明,SSCD1基因缺失在SD条件下激活了植物的JA以及SA防御途径，但sscd1的细胞死亡依赖于JA防御途径，不依赖于SA信号途径，外源SA和JA处理的结果暗示SSCD1基因的突变打破了SA与JA之间的拮抗作用，通过对能调控SA与JA防御途径之间相互拮抗的基因PAD4的研究，发现PAD4基因突变加速了sscd1突变体在SD条件下的死亡是通过促进sscd1体内JA介导的防御途径的响应实现的，进一步确定sscd1在SD下的细胞死亡与JA防御途径密切相关，而与SA防御途径的关系不大。SSCD1基因的突变在短日照条件下激活了植物体内的SA和JA的生物合成，导致SA和JA的积累，进而调控酪氨酸降解途径基因表达上调，但由于SSCD1基因即FAH基因缺失，导致酪氨酸代谢中间产物琥珀酰丙酮（SUAC）大量积累，而SUAC通过影响叶绿素的生物合成，进一步导致有毒代谢产物Pchlide的大量积累从而诱发了植物的死亡。并且这种细胞死亡在长时间黑暗条件下可以被诱导，而全光照则可以抑制。本项目从分子水平探讨了sscd1突变体细胞死亡的分子机制，使我们深入认识植物体内酪氨酸降解途径的作用机制及功能，同时进一步丰富了植物体内SA和JA防御途径的作用、以及植物调控程序性细胞死亡的理论内容，有望为农业生产上病虫害的防治提供一定的理论支撑与指导。