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β-罗勒烯信号分子诱导的防御基因表达模式



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快 讯 第 49卷 第 22期 2004年 11月
www.scichina.com 2373
β-罗勒烯信号分子诱导的防御基因表达模式
刘春林①* 阮 颖②* 官春云①
(湖南农业大学①作物基因工程省重点实验室, ②理学院, 长沙 410128. * 同等贡献. E-mail: liucl@hunau.net)
β-罗勒烯(β-ocimene)是近年来发现的一种植物
通讯(plant communication)信号分子 [1], 属于单萜化
合物(monoterpene), 其在自然界有 2 个同份异构体,
即顺式 -β-罗勒烯 (cis-β-Ocimene)和反式 -β-罗勒烯
(trans-β-ocimene). 现已了解到许多植物种类如玉米、
棉花、利玛豆、马玲薯、烟草、拟南芥、地中海松等
受节肢食草动物取食后, 都会释放出β-罗勒烯这一化
学成份 [2~5]. 这一事实暗示β-罗勒烯在挥发物中是一
种具有重要功能作用的组成成分. 现在只了解β-罗勒
烯能诱导离体叶片中与水杨酸有关的防御基因的表
达. 但是到目前为止还不了解β-罗勒烯能否诱导完
整植株中防御基因的表达, 它在植物防御基因表达
模式中起着什么作用[1,6].
我们以拟南芥完整植株为材料 , 分别选择水杨
酸信号传导途径启动的指示基因 PR1 基因与茉莉酸
信号传导途径启动的指示基因 PDF1.2基因片段为探
针, 运用 Northern杂交方法对β-罗勒烯上述的未知问
题进行研究.
用特异引物 PCR 从拟南芥中扩增目的 PR1 和
PDF1.2 基因的片段, 经电泳后, 用 QIAGEN Gel
Extract Kit 试剂盒纯化回收用作探针. 反式-β-罗勒
烯购于 Treatt公司. 顺式-β-罗勒烯购于 Fluka公司; 在
密封的玻璃干燥器中, 用β-罗勒烯处理拟南芥 24 h.
取叶片, 迅速放入液氮中, 6株叶片的收集在 3 min内
完成; 用 TRIzol试剂分离总 RNA; RNA印迹时点样
量为 15 µg总 RNA, 32P探针制备按照 Statagene公司
的 Prime-Ⅰ+Ⅱ Random Primer Labelling Kit说明进
行, Northern杂交具体过程参见文献[7].
杂交结果使我们对β-罗勒烯作用有了新的认识.
(ⅰ) PR1和 PDF1.2基因都被诱导表达(图 1), 说明β-
罗勒烯能够诱导完整植株中防御基因的表达 , 这一
结果进一步支持了在自然状态下 , 受食草动物取食
的植物能释放信号分子 , 激发邻近植物产生防御反
应. (ⅱ) 顺式-β-罗勒烯和反式-β-罗勒烯同分异构体
诱导基因表达的作用方式不同: 随着反式-β-罗勒烯
浓度的增加 , 基因诱导的表达量增加 , 浓度达到 5
µmol/L 为最高, 超过这一浓度基因表达被抑制(图
1(a)和(b)); 而随着顺式-β-罗勒烯浓度的增加, 基因
诱导的表达量只成增加趋势(图 1(c)和(d)). 在自然状
态下, 受食草动物取食的植物能释放的是反式-β-罗
勒烯, 而释放的是顺式-β-罗勒烯极其微量, 据此可
推测反式-β-罗勒烯是β-罗勒烯受体的天然信号分子,
即反式-β-罗勒烯与β-罗勒烯受体之间的特异性结合
是一种可逆过程; 而顺式-β-罗勒烯不是β-罗勒烯受

图 1 β-罗勒烯处理拟南芥后有关防御基因的表达情况
(a)和(b)反式-β-罗勒烯的诱导表达情况; (c)和(d)顺式-β-罗勒烯的诱导表达情况. (a)和(c)为 PR1探针杂交结果; (b)和(d)为 PDF1.2探
针杂交结果. MeJA示甲基茉莉酸阳性对照, MeSA示甲基水杨酸阳性对照. 1~5分别示干燥器内β-罗勒烯的终浓度, 即 0, 0.5, 1, 5和
10 µmol/L







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体的天然信号分子, 他们的结合或许是不可逆的, 这
两种不同的结合方式可能引起不同的基因诱导表达
模式. (ⅲ) 反式-β-罗勒烯(图 1(a)和(b))和顺式-β-罗
勒烯(图 1(c)和(d))都能在同一植株上同时诱导 PR1和
PDF1.2 基因的表达. 也就是说罗勒烯能消除茉莉酸
和水杨酸两信号传递途径之间的拮抗(antagonism)作
用.