水稻SPL5基因在抗病应答中负调控5-羟色胺的生物合成
背景简介
超敏反应（hypersensitive response，HR）是一种植物特有的防御机制，是指植物在受到病原菌侵染后，在侵染部位诱发细胞死亡，从而有效阻止病原菌增殖的防卫反应。水稻spl5（spotted leaf 5）突变体能自发产生类似HR的细胞坏死斑（lesion），并显著性增强对病原菌的抗性，表明SPL5基因在细胞死亡和抗病应答中起负调控的作用，但是SPL5介导的调控途径及其分子机制尚不清楚。
文章亮点
本研究利用基因芯片技术，分析了水稻spl5突变体与野生型对照叶片组织的转录组水平，发现几百个基因在spl5突变体中的表达上调或下调，其中有相当一部分基因的功能与生物性防御反应或活性氧代谢有关。同时，根据芯片数据以及qPCR的验证，都表明1个转录因子OsWRKY14基因和5-羟色胺（Serotonin）生物合成的关键酶基因，邻氨基苯甲酸合成酶（AS），吲哚-3-甘油磷酸合成酶（IGP），色氨酸合成酶（TS）和色氨酸脱羧酶（TDC），在spl5突变体均显著性上调。有文献曾报道水稻OsWRKY14正调控TS和TDC基因的表达。因此，推测OsWRKY14很可能调节5-羟色胺的生物合成生产。高效液相色谱（HPLC）测定进一步证实spl5突变体中5-羟色胺的含量显著性高于野生型。
由于5 -羟色胺在植物抗病应答中起着至关重要的作用，它可以激活下游PR（Pathogen related）基因的表达。所以，spl5突变体中5 -羟色胺含量的升高很可能是其抗病性增强的原因之一，SPL5基因作为负调控因子，通过转录因子OsWRKY14调节5 -羟色胺的生物合成，从而介导了水稻的抗病应答。本研究中Affymetrix rice 44k gene chips的技术服务由上海伯豪提供。
结果解析
本研究分别比较了spl5突变体的少坏死斑叶片（few lesion, FL）、多坏死斑叶片（more lesion, ML）与野生型对照叶片（WT）间的转录组水平差异，在spl5-FL中检测到243个差异表达基因（176上调，67下调），在spl5-ML检测到896个（445上调，451下调），208个差异表达基因是spl5-FL和spl5-ML中共有的，涉及20类不同的生物学功能，包括其中防卫应答、氧化还原、逆境胁迫、氨基酸代谢等等。
根据芯片数据和qPCR验证，表明5-羟色胺生物合成的关键酶基因：邻氨基苯甲酸合成酶（AS）、吲哚-3-甘油磷酸合成酶（IGP）、色氨酸合成酶（TS）和色氨酸脱羧酶（TDC），及其转录因子OsWRKY14基因在spl5突变体均显著性上调。
利用高效液相色谱技术，检测了spl5突变体和野生型中5-羟色胺（Serotonin）及其前体色氨酸（Tryptophan）的含量，结果表明Tryptophan与Serotonin的含量在spl5突变体中显著性上调。
根据实验结果，对SPL5基因调控机制提出了一个可能的模型：SPL5基因负调控转录因子OsWRKY14的表达，通过OsWRKY14介导水稻5-羟色胺的生物合成，5-羟色胺的积累促进PR基因的表达，从而激活水稻的抗病应答反应。
原文出处：Bin Jin, Xinru Zhou, Baolin Jiang, Zhimin Gu, Pinghua Zhang, Qian Qian, Xifeng Chen and Bojun Ma. Transcriptome profiling of the spl5 mutant reveals that SPL5 has a negative role in the biosynthesis of serotonin for rice disease resistance. Rice. 2015, 8: 18
-
焦点事件
-
科技前沿
-
科技前沿
-
科技前沿
-
焦点事件
-
项目成果
-
项目成果
