植物诱导抗病性及应用前景 王海华康健(湘潭师范学院生物系湖南湘潭4110) 摘要就植物诱导抗病性的概念、防御反应及功能事件和信号传导应用前景作了简 单的总结。 关键词植物诱导抗病性信号传导应用前景 植物在长期的进化过程中,获得了一系列对病原组织中,最终使之死亡。真菌激发子和创伤能抑制编码 侵染的防御机制。象人和其它哺乳动物一样,植物对病低Tyr含量的细胞壁结构蛋白的基因表达,但能刺激 原的抗性包括预存的被动抗性和病原侵染后激发的主富Tyr蛋白的合成。这增加了细胞壁进一步氧化交联 动抗性。利用生物或物理、化学因子处理植物,改变植的能力,以保护植物免遭再次感染。真菌激发子的处理 物对病原的反应,从而获得局部或系统的抗性,称为植加强了细胞壁对微生物分泌的细胞壁降解酶的抗性。 物诱导抗病性 植物中产生的活性氧参与了细胞壁物质的交联过程 发现植物诱导抗病现象可追溯至100年前。而关所以称为氧化交联 于植物诱导抗病性的研究则始于20世纪50年代。Ross 富羟脯氨酸糖蛋白(HRGP)是一类具有特殊结构、 证实了烟草、蚕豆等植物通过病毒诱导后,不仅在感染分子组成和特定功能的糖-蛋白复合物。作为植物细胞 部位获得了进一步抵抗病原侵染的能力,而且在远离壁蛋白质的重要组成部分之一,在抵抗病原侵染或受 诱导部位的组织也获得了抗性,并把这种现象称为系创伤愈合过程中起重要作用。人工增加细胞壁HRGP 统获得抗性( sy stem ic acquired resistance,SAR)。但早期的量可以增强黄瓜对 Clad asporion cutin erian菌的 的研究集中在对这种现象的描述。生物化学及分子生抵抗力。菜豆中HRGP在病原微生物侵染部位快速积 物学方法和技术在这一领域的应用,为揭示植物诱导累。细胞壁上HRGP还可能作为木质素和其它多聚酚 抗病性的本质提供了有效的工具。特别是一些植物的类化合物于壁上的后续沉积的成核位点( nuc leaton 抗病基因和病原的无毒基因相继分离、克隆,它们的功site)。这些物质的交联形成一道阻止或减慢微生物毒 能及调控相继被认识,植物诱导抗病性有了许多突破素、酶进λ宿主或宿主营养物质流岀的机楲屏障。 性进展 2)病程相关蛋白( pathogenesisrelated proten, 1被诱导的植物抗病防御反应及功能事件 PRP)PRP是植物受病原侵染或不同因子的刺激、胁 植物与病原或其它诱导因子相互识别,启动或引迫产生的一类蛋白质。最早由 V an loon和 V an Kan 发一系列的防御反应。就目前的认识来看,主要有以下men于1970年在烟草花叶病毒(TMV)诱发过敏性反 几个方面 应( hypersensit ive reacton,HR)的烟草叶片中检测到。 1)细胞壁物质的沉积与氧化交联( ox idative随着PRP研究的广泛开展,在越来越多的植物中诱发 crosslink ing)细胞壁是植物与病原微生物之间的第一了这种蛋白,因此PRP可能在植物抗病中具有一定作 道结构性屏障。因此病原或其它诱导因子诱导细胞中用。然而,直到1987年 L grand等首次报道了烟草中的 可溶性物质在壁上的沉积以及与细胞壁物质的交联,4个PRP的生物学功能,才有突破性的进展 对植物的抗病反应起重要作用。细胞壁上的氧化交联 PRP在生物化学性质和结构特征方面有许多相似 是植物病原物互作中的植物防御的反应功能性事件之性:①分子量较小,一般为10-40kd,这有利于在细胞 激发子处理的大豆和菜豆细胞中,两种细胞壁蛋白内转移,②有酸碱之分,其前体细胞内的定位及作用 —P33和P100发生沉积。细胞壁上的快速氧化交联有较大差异③有较强的稳定性,大部分PRP具有抗蛋 能减慢病原的侵入与扩散,使病原限制在宿主的局部白酶、重金属、高温(60℃)及低pH的作用,④在进化上 变到现代人之间的中间位置。另外有些人则愿意将20了 年代媒体爱用的俗名“北京人”继续用下去。所以这种6参考文献 远古的人类现在有两个通俗名即“北京猿人”或“北京1吴新智,黄慰文,祁国琴中国古人类遗址上海上海科 人”。后一俗名在英文里可以与现生的在北京居住的 技教育出版社,199,16-46 “北京人”区别开来远古的称 Pek ng m an,现生的称2林圣龙,吴新智远古人类的家园,周口店北京猿人遗址 Beijing m an,而在中文里就很容易与现生的北京人混淆 北京中国大百科全书出版社,199,1-119 (BF) 2001年第36卷第6期 生物学通报 3 g1994-2006chinaACademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net植 物 诱 导 抗 病 性 及 应 用 前 景 王海华 康 健 (湘潭师范学院生物系 湖南湘潭 411201) 摘要 就植物诱导抗病性的概念、防御反应及功能事件和信号传导应用前景作了简 单的总结。 关键词 植物诱导抗病性 信号传导 应用前景 植物在长期的进化过程中, 获得了一系列对病原 侵染的防御机制。象人和其它哺乳动物一样, 植物对病 原的抗性包括预存的被动抗性和病原侵染后激发的主 动抗性。利用生物或物理、化学因子处理植物, 改变植 物对病原的反应, 从而获得局部或系统的抗性, 称为植 物诱导抗病性。 发现植物诱导抗病现象可追溯至 100 年前。而关 于植物诱导抗病性的研究则始于 20 世纪 50 年代。Ross 证实了烟草、蚕豆等植物通过病毒诱导后, 不仅在感染 部位获得了进一步抵抗病原侵染的能力, 而且在远离 诱导部位的组织也获得了抗性, 并把这种现象称为系 统获得抗性(system ic acquired resistance, SA R)。但早期 的研究集中在对这种现象的描述。生物化学及分子生 物学方法和技术在这一领域的应用, 为揭示植物诱导 抗病性的本质提供了有效的工具。特别是一些植物的 抗病基因和病原的无毒基因相继分离、克隆, 它们的功 能及调控相继被认识, 植物诱导抗病性有了许多突破 性进展。 1 被诱导的植物抗病防御反应及功能事件 植物与病原或其它诱导因子相互识别, 启动或引 发一系列的防御反应。就目前的认识来看, 主要有以下 几个方面: 1) 细 胞 壁 物 质 的 沉 积 与 氧 化 交 联 (oxidative crosslink ing) 细胞壁是植物与病原微生物之间的第一 道结构性屏障。因此病原或其它诱导因子诱导细胞中 可溶性物质在壁上的沉积以及与细胞壁物质的交联, 对植物的抗病反应起重要作用。细胞壁上的氧化交联 是植物2病原物互作中的植物防御的反应功能性事件之 一。激发子处理的大豆和菜豆细胞中, 两种细胞壁蛋白 ——P33 和 P100 发生沉积。细胞壁上的快速氧化交联 能减慢病原的侵入与扩散, 使病原限制在宿主的局部 组织中, 最终使之死亡。真菌激发子和创伤能抑制编码 低 T yr 含量的细胞壁结构蛋白的基因表达, 但能刺激 富 T yr 蛋白的合成。这增加了细胞壁进一步氧化交联 的能力, 以保护植物免遭再次感染。真菌激发子的处理 加强了细胞壁对微生物分泌的细胞壁降解酶的抗性。 植物中产生的活性氧参与了细胞壁物质的交联过程, 所以称为氧化交联。 富羟脯氨酸糖蛋白(HR GP) 是一类具有特殊结构、 分子组成和特定功能的糖2蛋白复合物。作为植物细胞 壁蛋白质的重要组成部分之一, 在抵抗病原侵染或受 创伤愈合过程中起重要作用。人工增加细胞壁 HR GP 的量可以增强黄瓜对 C lad osp orium cucum erinum 菌的 抵抗力。菜豆中HR GP 在病原微生物侵染部位快速积 累。细胞壁上HR GP 还可能作为木质素和其它多聚酚 类化合物于壁上的后续沉积的成核位点 (nucleation site)。这些物质的交联形成一道阻止或减慢微生物毒 素、酶进入宿主或宿主营养物质流出的机械屏障。 2) 病 程 相 关 蛋 白 (pathogenesis2related p rotein, PR P) PR P 是植物受病原侵染或不同因子的刺激、胁 迫产生的一类蛋白质。最早由V an L oon 和V an Kam 2 m en 于 1970 年在烟草花叶病毒(TM V ) 诱发过敏性反 应 (hypersensitive reaction, HR ) 的烟草叶片中检测到。 随着 PR P 研究的广泛开展, 在越来越多的植物中诱发 了这种蛋白, 因此 PR P 可能在植物抗病中具有一定作 用。然而, 直到 1987 年L egrand 等首次报道了烟草中的 4 个 PR P 的生物学功能, 才有突破性的进展。 PR P 在生物化学性质和结构特征方面有许多相似 性: ①分子量较小, 一般为 10～ 40kd, 这有利于在细胞 内转移; ②有酸碱之分, 其前体、细胞内的定位及作用 有较大差异; ③有较强的稳定性, 大部分 PR P 具有抗蛋 白酶、重金属、高温(60℃) 及低pH 的作用; ④在进化上 变到现代人之间的中间位置。另外有些人则愿意将 20 年代媒体爱用的俗名“北京人”继续用下去。所以这种 远古的人类现在有两个通俗名即“北京猿人”或“北京 人”。后一俗名在英文里可以与现生的在北京居住的 “北京人”区别开来, 远古的称 Pek ing M an, 现生的称 Beijing m an; 而在中文里就很容易与现生的北京人混淆 了。 6 参考文献 1 吴新智, 黄慰文, 祁国琴. 中国古人类遗址. 上海: 上海科 技教育出版社, 1999, 16—46. 2 林圣龙, 吴新智. 远古人类的家园, 周口店北京猿人遗址. 北京: 中国大百科全书出版社, 1999, 1—119. (BF) 2001 年第 36 卷第 6 期 生 物 学 通 报 — 3 —