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Overexpression of AtWRKY71 Affects Plant’s Defense Response to Pseudomonas syringae

过表达AtWRKY71影响植物对病原菌Pseudomonas syringae的抗性



全 文 :过表达 AtWRKY71影响植物对病原菌 Pseudomonas syringae的抗性∗
王其娟1ꎬ2ꎬ 陈利钢1∗∗ꎬ 余迪求1∗∗
(1 中国科学院西双版纳热带植物园热带森林生态学重点实验室ꎬ 昆明  650223ꎻ 2 中国科学院大学ꎬ 北京  100049)
摘要: WRKY转录调控因子基因家族是主要存在于植物中的超级基因家族ꎬ 其在调控植物生长发育以及
响应逆境胁迫方面发挥了重要的功能ꎮ 本研究首先检测了 AtWRKY71在不同组织器官ꎬ 发育阶段ꎬ 激素处
理和病原菌侵染条件下的表达模式ꎮ 结果显示在约 12周大的 WT植株的不同组织器官中ꎬ AtWRKY71主要
在根部表达ꎬ 同时与 14 d龄的幼苗相比ꎬ AtWRKY71在 8 d龄的幼苗中有更强的表达ꎮ 在不同的处理条件
下ꎬ AtWRKY71受水杨酸 (salicylic acidꎬ SA)ꎬ 乙烯 (ethyleneꎬ ET)ꎬ 茉莉酸 (jasmonic acidꎬ JA) 以及细菌
病原菌 Pseudomonas syringae的诱导表达ꎮ 此外ꎬ 和野生型植株相比ꎬ 组成型表达 AtWRKY71一方面使植株
生长发育变缓且出现锯齿状叶片ꎬ 另一方面也增强了植株对 P􀆰 syringae的敏感性ꎬ 并抑制了多个与水杨酸
信号转导途径相关的病程相关基因 (pathogenesis related geneꎬ PR) 的表达ꎮ 这些研究结果表明ꎬ AtWRKY71
可能作为一个重要的调节子ꎬ 在植物的生长发育及防御反应中发挥了重要功能ꎮ
关键词: AtWRKY71ꎻ WRKY转录因子ꎻ 转基因植物ꎻ 防御反应
中图分类号: Q 786              文献标志码: A              文章编号: 2095-0845(2015)05-577-09
Overexpression of AtWRKY71 Affects Plant’s Defense
Response to Pseudomonas syringae
WANG Qi ̄juan1ꎬ2ꎬ CHEN Li ̄gang1∗∗ꎬ YU Di ̄qiu1∗∗
(1Key Laboratory of Tropical Forest Ecologyꎬ Xishuangbanna Tropical Botanical Gardenꎬ Chinese Academy of Sciencesꎬ
Kunming 650223ꎬ Chinaꎻ 2 University of Chinese Academy of Sciencesꎬ Beijing 100049ꎬ China)
Abstract: The WRKY transcription factor super ̄family plays important roles in numerous processesꎬ such as plant
stress responses and plant development. In this studyꎬ we first investigated the expression profiles of AtWRKY71 in
different organs and developmental stages and under different hormone treatments and pathogen infection. In 12w old
WT plantsꎬ AtWRKY71 mainly expressed in roots and had stronger expression in 8 d old seedlings than that of 14 d
old seedlings. Under various treatmentsꎬ AtWRKY71 was induced by SAꎬ ET or JA treatment and infection of the
bacterial pathogen P􀆰 syringae. Furthermoreꎬ compared with wild typeꎬ plants constitutively expressing AtWRKY71
were smaller in size and had slightly serrated leaves. Further analysis showed that overexpression of AtWRKY71 in ̄
creased the sensitivity to the bacterial pathogen P􀆰 syringae. The enhanced susceptibility was associated with reduced
expression of salicylic acid ̄regulated PR genes. These results suggest that AtWRKY71 is a novel regulator in both
plant growth and development and also in plant defense responses.
Key words: AtWRKY71ꎻ WRKY transcription factorꎻ Transgenic plantꎻ Defense response
  植物在与病原微生物长期对抗过程中形成
了具有自我保护功能的天然免疫系统ꎮ 植物天然
免疫系统包含两个层面: 首先是基于细胞表面的
模式识别受体 (Pattern ̄recognition receptorsꎬ PRRs)
植 物 分 类 与 资 源 学 报  2015ꎬ 37 (5): 577~585
Plant Diversity and Resources                                    DOI: 10.7677 / ynzwyj201515022

∗∗
基金项目: 国家自然科学基金项目 (31200915) 和中国科学院西部之光、 中国科学院青年创新促进会项目
通讯作者: Author for correspondenceꎻ E ̄mail: chenligang@xtbg􀆰 ac􀆰 cnꎻ ydq@xtbg􀆰 ac􀆰 cn
收稿日期: 2015-02-03ꎬ 2015-03-27接受发表
作者简介: 王其娟 (1988-) 女ꎬ 硕士研究生ꎬ 主要从事植物分子生物学研究ꎮ
对病原物相关分子模式 (Pathogen ̄associated mo ̄
lecular patternsꎬ PAMPs) 的识别ꎬ 从而使植物对
许多病原微生物中普遍存在的 PAMPs 作出识别
及应答ꎬ 触发 PTI (PAMP ̄triggered immunity) (Jo ̄
nes和 Danglꎬ 2006)ꎮ 当病原微生物成功避开植
物 PTIꎬ 试图直接向寄主体内分泌效应蛋白达到
侵染目的时ꎬ 植物又通过抗病基因 (Resistance
geneꎬ R gene) 编码的蛋白产物来直接或间接识
别不同来源的病原物效应子ꎬ 引发 ETI (Effector ̄
triggered immunity) ( Jones 和 Danglꎬ 2006)ꎮ 发
生 ETI时ꎬ 通常会在侵染部位产生过敏性细胞死
亡反应 (Hypersensitive cell death responseꎬ HR)ꎬ
从而阻止病原微生物的进一步侵染ꎮ 之后ꎬ 在自
然选择的作用下ꎬ 病原微生物可能通过不同进化
策略来避开 ETIꎬ 这时植物又共进化出新的 R蛋
白来再次触发 ETI ꎮ 从长期的角度看ꎬ 植物与病
原微生物之间的相互作用呈现 Z 字形的 “拉锯
战” 局面 (Jones和 Danglꎬ 2006)ꎮ PTI 和 ETI 所
涉及的分子机制各不相同ꎬ 但又相互联系ꎬ 充分
体现了植物与病原微生物互作的复杂性ꎮ
植物的自我防御系统在分子水平上受到转录
调控因子的调节ꎮ WRKY 转录因子家族是主要
存在于植物中的一类超级基因家族ꎬ 其在植物应
对生物胁迫的过程中发挥了重要的作用ꎮ WRKY
转录因子在拟南芥中有 74 个成员 ( Eulgem 和
Somssichꎬ 2007)ꎬ 在其N端含有高度保守的 WRKY ̄
GQK氨基酸序列和锌指结构 (Eulgem 等ꎬ 2000)ꎮ
WRKY蛋白通过结合靶基因启动子区域的 W 盒
(T / CTGACC / T) 来调控相关基因的表达ꎬ 以此
来发挥其分子生物学的功能 (Maleck 等ꎬ 2000ꎻ
Dong等ꎬ 2003)ꎮ
目前ꎬ 大量研究表明 WRKY 转录因子在调
节植物防御反应相关基因的表达过程中发挥了重
要作用 (Eulgem和 Somssichꎬ 2007)ꎮ 首先ꎬ WRKY
转录因子的很多成员受病原菌侵染诱导表达
(Rushton 等ꎬ 1996ꎻ Eulgem 等ꎬ 1999ꎻ Chen 和
Chenꎬ 2000ꎻ Dellagi 等ꎬ 2000ꎻ Hara 等ꎬ 2000ꎻ
Dong等ꎬ 2003ꎻ Kalde等ꎬ 2003ꎻ Eckey等ꎬ 2004ꎻ
Kim和 Zhangꎬ 2004ꎻ Turck等ꎬ 2004)ꎮ 此外ꎬ 在
植物受到病原菌侵染后ꎬ 一些和防御反应相关的
基因 (如 PR 基因和 NPR1) 的表达受到 WRKY
转录因子的调控 (Rushton等ꎬ 1996ꎻ Willmott等ꎬ
1998ꎻ Yang等ꎬ 1999ꎻ Yu等ꎬ 2001ꎻ Turck等ꎬ 2004ꎻ
Yamamoto 等ꎬ 2004ꎻ Rocher 等ꎬ 2005ꎻ Chen 等ꎬ
2013)ꎮ 这些研究结果暗示 WRKY转录调控因子
广泛参与植物对病原菌侵染的响应过程ꎮ
最近ꎬ 越来越多的研究表明 WRKY 蛋白在
植物的基础抗性方面发挥了重要的调节作用ꎮ 如
AtWRKY33的突变体增强了植物对 Botrytis Cinerea
和 Alternaria brassicicola 的敏感性 ( Zheng 等ꎬ
2006)ꎮ 功能上冗余的 AtWRKY18ꎬ AtWRKY40 和
AtWRKY60在植物防御 P􀆰 syringae 和 Erysiphe ci ̄
choracearum的过程中发挥了负调控的功能 (Xu
等ꎬ 2006ꎻ Shen 等ꎬ 2007)ꎮ 此外ꎬ 还有研究报
道证实 AtWRKY8ꎬ AtWRKY48ꎬ AtWRKY38 和 At ̄
WRKY62在植物响应病原菌 P􀆰 syringae 的侵染过
程中发挥了负反馈调节的作用 (Kim 等ꎬ 2008ꎻ
Xing等ꎬ 2008ꎻ Chen 等ꎬ 2010)ꎮ 因而ꎬ 我们推
测 WRKY转录因子作为重要的调节子ꎬ 在植物
响应病原菌侵染的防御反应信号转导途径和转录
调控网络中发挥了重要的调控功能ꎮ
在前期的研究中我们对 P􀆰 syringae pv tomato
strain DC3000 (PstDC3000) 侵染 2天的野生型拟
南芥植株进行了表达谱分析ꎬ 发现 AtWRKY71 受
其强烈诱导表达ꎮ 因此ꎬ 在本研究中我们利用过
表达 AtWRKY71 转基因植株ꎬ 探讨了 AtWRKY71
在响应 PstDC3000侵染过程中的调控功能ꎮ
1  材料和方法
1􀆰 1  材料
[ 32P] ̄dATP (>3 000 Ci / mmol) 从北京福瑞生物技术
公司购得ꎻ 其他的化学试剂分别从上海生工生物技术公
司ꎬ Sigmaꎬ TaKaRa生物技术公司 (大连) 购买ꎮ 选用
拟南芥生态型 Columbia ̄0 (Col) 为实验材料ꎮ 种子表面
消毒后均匀散布在 1 / 2MS培养基上 (含 0􀆰 9% agar)ꎬ 4 ℃
春化 3 dꎬ 转移到 22 ℃培养箱培养 7 d后移栽到土中ꎮ 培
养条件为温度 22 ℃左右ꎬ 相对湿度 50%ꎬ 光照周期 10 h
白 / 14 h昼 (光照时间 8 ∶ 30-18 ∶ 30)ꎮ
1􀆰 2  激素处理
SA溶解在水中配制成 100 mmol􀅰L-1浓度的母液ꎬ 用
KOH调至 pH6􀆰 5ꎬ 将 SA母液稀释为 2 mmol􀅰L-1的浓度
用来喷施植株ꎮ 用 50%的乙醇先溶解茉莉酸甲酯 (Me ̄
JA) 配制成 10 mmol􀅰L-1的母液ꎬ 将母液稀释为 100 μmol
􀅰L-1的浓度来喷施植物ꎮ 氨基环丙烷羧酸 (Aminocyclo ̄
propane ̄1 ̄carboxylic acidꎬ ACC) (乙烯的前体) 溶解在水
875                                  植 物 分 类 与 资 源 学 报                            第 37卷
溶液中ꎬ 用 2 mmol􀅰L-1的 ACC喷施植株ꎮ 处理所用的植
株均为 4周大的幼苗ꎮ
1􀆰 3  RT ̄PCR
用 Trizol reagent (Invitrogenꎬ USA) 法提取拟南芥野
生型和转基因拟南芥的 RNAꎬ 并经 DNaseI (Fermentas)
消化处理后进行 RT ̄PCR实验ꎮ 用 Superscript II ( Invitro ̄
genꎬ USA) 反转录试剂盒进行实验ꎬ 反转录总体积为 20
μLꎬ 包含 2 μg的总 RNAꎮ 然后取 1 μL 用作 PCR 模板ꎻ
ACTIN2作为内参基因ꎻ PCR 循环数基于预实验ꎬ 选择
适宜的次数ꎻ 每组 RT ̄PCR 重复 3 次以上ꎻ PCR 选用
Tag DNA聚合酶 (TaKaRa ̄Bio)ꎮ 用于 RT ̄PCR 的引物分
别为: AtWRKY71: 5′-ACATCTACTAGTCCACCGTGGTG-
3′和 5′ - GATACGATCTATAGTACGTACATACCCCTC - 3′ꎻ
ACTIN2: 5′ - TGTGCCAATCTACGAGGGTTT - 3′ 和 5′ -
TTTCCCGCTCTGCTGTTGT-3′ꎮ
1􀆰 4  qRT ̄PCR
用 PstDC3000 (OD600 = 0􀆰 000 1) 处理 WT和 35S ∶ At ̄
WRKY71ꎬ 收集WT 和 35S ∶ AtWRKY71 经侵染 0 dꎬ 1 d
和 2 d的叶片ꎬ 用 Trizol reagent ( Invitrogenꎬ USA) 法提
取总 RNAꎬ 并进行 DNaseⅠ消化ꎬ 用来进行 qRT ̄PCR分
析ꎮ 用 Superscript II ( Invitrogenꎬ USA) 反转录试剂盒进
行实验ꎬ 反转录总体积为 20 μLꎬ 包含 2 μg 的总 RNAꎬ
然后取 1 μL用来进行 qRT ̄PCR实验ꎻ ACTIN2 作为内参
基因ꎮ 定量 PCR 的反应体系 ( 20 μL): 10 μL SYBR
Green I反应混合物ꎬ 蒸馏水 8 μLꎬ 每条引物各 0􀆰 5 μL
和 1 μL cDNAꎮ 退火温度为 50 ℃ꎬ 在 Roche LightCycler
480 real ̄time PCR 仪上进行 qRT ̄PCR 实验ꎮ 整个 qRT ̄
PCR实验用不同的 RNA 样品重复 3 次ꎮ 用于 qRT ̄PCR
的引物分别为: ACTIN2: 5′-TGTGCCAATCTACGAGGG ̄
TTT- 3′和 5′ - TTTCCCGCTCTGCTGTTGT - 3′ꎻ PR1: 5′ -
GCAGCCTATGCTCGGAGCTAC-3′和 5′-TCCATTGCACGT ̄
GTTCGCAGC-3′ꎬ PR2: 5′-CGCCCAGTCCACTGTTGATA-
3′和 5′-GGTCTCCGACACCACGATTT- 3′ꎬ PR5: 5′-TG ̄
CAAGAGTGCCTGTGAGAG - 3′和 5′ - TCCGGTACAAGT ̄
GAAGGTGC-3′ꎮ
1􀆰 5  Northern blotting
RNA提取采用 Trizol reagent ( Invitrogenꎬ USA) 法ꎮ
使用 1􀆰 5%甲醛 ̄MOPS 琼脂糖凝胶分离大约 20 μg 的
RNA后ꎬ 转移到尼龙膜上ꎮ 杂交温度为 68 ℃ꎻ 杂交液
选用 PerfectHyb Plus Hybridization Buffer ( Sigma)ꎮ 探针
通过 klenow fragment ( Takara) 进行32 P ̄dATP 标记ꎮ 洗
膜: 2 × SSC 和 0􀆰 5% SDS 1 次ꎬ 每次 10 minꎻ 0􀆰 5 × SSC
和 0􀆰 1% SDS 2次ꎬ 每次 20 minꎻ 0􀆰 1 × SSC和 0􀆰 1% SDS
1次ꎬ 每次 20 minꎬ 最后压片放射自显影ꎮ
1􀆰 6  AtWRKY71过表达植株构建
通过 PCR 扩增出 AtWRKY71 基因组 DNA 序列ꎬ 在
35S强启动子下将其克隆到 pOCA30 载体上 ( Chen 和
Chenꎬ 2002)ꎬ 从而得到 35S ∶ AtWRKY71过表达转基因植
株ꎮ 农杆菌转化按照 Clough 和 Bent (1998) 的花序浸染
法操作ꎮ 收到的转基因拟南芥种子用含 50 μg􀅰mL-1 ka ̄
namycin的 1 / 2 MS板进行筛选ꎬ 筛选到的种子进行 8 d
的萌发实验后被移植到土中生长ꎮ 提取 4 周大的 WT 和
转基因拟南芥植株的总 RNA 进行 Northern blotting 实验ꎬ
筛选到组成型表达 AtWRKY71的 6个株系ꎮ 根据 T1代在
卡那霉素筛选板上出现的筛选比例 (3 ∶1) 确定 L3和 L5
这两株系为单拷贝插入的转基因株系ꎬ 并作为后续实验
的材料ꎮ
1􀆰 7  PstDC3000处理
挑单菌落到 50 mL king’s培养液 (已加抗生素)ꎬ 28 ℃
摇床过夜ꎮ 离心ꎬ 收集细菌ꎬ 然后用 10 mmol􀅰L-1 MgCl2
稀释至 OD600 = 0􀆰 5ꎬ 再用 10 mmol􀅰L
-1 MgCl2稀释 5000倍
(OD600 = 0. 0001)ꎮ 选取有 6 ~ 8 片叶的植株ꎬ 手指贴近
叶面ꎬ 用注射器从叶背面打入叶内ꎮ 收集叶片加 1 mL 10
mmol􀅰L-1 MgCl2研磨ꎬ 取叶片提取物涂在含 rifampicin
(100 μg􀅰mL-1) 和 kanamycin (25 μg􀅰mL-1) 的 King’s B
板上ꎬ 25 ℃避光培养 2 d后统计菌落数目ꎮ
2  结果与分析
2􀆰 1  AtWRKY71的蛋白结构
AtWRKY71 (AT1g29860) 的蛋白由 283 个氨
基酸组成ꎬ 其分子量为 31 955􀆰 2 Daꎬ 等电点为
7􀆰 495 3ꎮ 序列分析表明ꎬ WRKY71 蛋白含有一
个高度保守的 DNA结合域 (WRKY domain)ꎬ 因
此被认为是 group II WRKY蛋白中的一员 (图 1)
(Eulgem等ꎬ 2000)ꎮ
2􀆰 2  AtWRKY71的表达谱分析
为了了解 AtWRKY71的生物学功能ꎬ 我们首
先分析了 AtWRKY71在不同组织器官及发育阶段
的表达谱ꎮ RT ̄PCR的结果表明ꎬ 在约 12周大的
WT植株的不同组织器官中ꎬ AtWRKY71在根中的
表达量最高ꎮ 同时ꎬ 在 8 d 龄幼苗中 AtWRKY71
的表达量要高于 14 d龄的幼苗 (图 2: A)ꎮ 为了
证实 AtWRKY71在植物基础抗性方面的功能ꎬ 我
们探究了其在不同处理条件下的表达谱ꎮ 如图
2B所示ꎬ 与对照相比ꎬ 在注射 PstDC3000 侵染
植株 1 dꎬ 2 d 和 3 d 后ꎬ AtWRKY71 受到强烈的
诱导表达ꎮ 除此之外ꎬ 我们还分析了水杨酸 (Sa ̄
licylic acidꎬ SA)ꎬ 乙烯 (ethyleneꎬ ET) 和茉莉酸
( jasmonic acidꎬ JA) 处理下ꎬ AtWRKY71 的表达
9755期              王其娟等: 过表达 AtWRKY71影响植物对病原菌 Pseudomonas syringae的抗性               
水平ꎮ 从图 2C中我们可以看出ꎬ 在这三种激素
处理后ꎬ AtWRKY71 的表达都受到诱导ꎮ 以上结
果表明ꎬ AtWRKY71可能在植物的基础抗性方面
发挥重要的功能ꎮ
为了进一步证实 AtWRKY71的表达是否受 SAꎬ
ET和 (或) JA等信号转导途径或生物合成途径
的影响ꎬ 我们检测了 AtWRKY71 在以上途径下不
同突变体中的表达水平ꎮ 和 WT 相比ꎬ 在 SA 信
号转导和生物合成突变体 npr1 ̄3 和 sid2 中ꎬ At ̄
WRKY71的表达受到轻微的抑制 (图 3) ( Cao
等ꎬ 1997ꎻ Wildermuth 等ꎬ 2001)ꎮ 在 ET 不敏感
突变体 ein2 ̄1 (Xie 等ꎬ 1998) 中ꎬ AtWRKY71 的
转录水平要高于其在WT 中的水平 (图 3)ꎮ 在 JA
不敏感突变体 coi1 ̄1 (Alonso 等ꎬ 1999) 中ꎬ At ̄
WRKY71的表达受到显著的诱导 (图 3)ꎮ 这些结
果表明ꎬ 在 PstDC3000 侵染时 AtWRKY71 的表达
受到 SA信号途径的正调节ꎬ 而受到 ET和 JA信
号途径的负调节ꎮ
图 1  AtWRKY71的氨基酸序列分析
横线标示的为保守的 WRKYGQK结构域和 C2H2锌指结构
Fig􀆰 1  Amino acid sequence of AtWRKY71
The highly conserved WRKYGQK sequences and the residues forming the C2H2 zinc fingers are underlined
图 2  AtWRKY71的表达谱分析
A. AtWRKY71在不同的组织器官及发育阶段的表达谱分析ꎮ 收集约 12周大的 WT植株的根、 莲座叶、 茎生叶、 茎、 花、 角果及 8 d
和 14 d龄的幼苗并提取总 RNAꎬ 以 ACTIN2作为内参基因ꎬ 实验重复 3次ꎮ RT ̄PCR 的结果表明 AtWRKY71 在根中表达最强ꎻ B. 病
原菌处理后 AtWRKY71的表达谱分析ꎬ 将 10 mmol􀅰L-1 MgCl2 或 PstDC3000 (OD600 = 0􀆰 0001 in 10 mmol􀅰L-1 MgCl2) 注射到 5周大的
WT幼苗中ꎬ 然后收集叶片ꎬ 提取 RNAꎬ 并进行 RT ̄PCR分析ꎻ C. 激素处理后 AtWRKY71的表达谱分析ꎬ 分别用 SA (1 mmol􀅰L-1)ꎬ
ACC (0􀆰 1 mmol􀅰L-1) 和 MeJA (0􀆰 1 mmol􀅰L-1) 处理 4周大的 WT幼苗ꎬ 然后收集叶片ꎬ 提取 RNAꎬ 并进行 RT ̄PCR分析
Fig􀆰 2  Tissue ̄specific and induced expression of the AtWRKY71 gene
A. AtWRKY71 gene expression in various plant organs and at different developmental stages. RT ̄PCR was performed with total RNA isolated from
rootsꎬ rosette leavesꎬ cauline leavesꎬ stemꎬ flowersꎬ siliques of about 12w old WT plants and 8 d or 14 d old seedlings. The Actin2 gene was used
as an internal control for an equal volume of cDNA. The data presented are the representative result obtained from three replicatesꎻ B. Time
course of expression of AtWRKY71 after mock and pathogen inoculation. Five ̄week ̄old Arabidopsis plants (Col ̄0) were infiltrated with 10 mmol
􀅰L-1 MgCl2 or PstDC3000 (OD600 = 0􀆰 0001 in10 mmol􀅰L-1 MgCl2). The infiltrated leaves were collected at indicated times after inoculation for
RNA isolation. RT ̄PCR was performed as in Aꎻ C. Time course of expression of AtWRKY71 after chemical treatments. Four ̄week ̄old wild ̄type
(Col ̄0) plants were treated with SA (1 mmol􀅰L-1)ꎬ ACC (0􀆰 1 mmol􀅰L-1)ꎬ or MeJA (0􀆰 1 mmol􀅰L-1) . Leaf collectionꎬ RNA isolation and
RT ̄PCR analysis of AtWRKY71 expression was performed as in A
085                                  植 物 分 类 与 资 源 学 报                            第 37卷
图 3  AtWRKY71在 sid2ꎬ npr1ꎬ ein2和 coi1突变体中的表达分析
将 PstDC3000 (OD600 = 0􀆰 0001 in 10 mmol􀅰L-1 MgCl2) 注射到 5周大的 WTꎬ sid2ꎬ npr1ꎬ ein2及 coi1
突变体中ꎬ 然后收集叶片ꎬ 提取 RNAꎬ 并进行 RT ̄PCR分析
Fig􀆰 3  Expression of AtWRKY71 in defense signaling mutants infected with PstDC3000
Five ̄week ̄old Arabidopsis wildtype (Col ̄0)ꎬ sid2ꎬ npr1ꎬ ein2 and coi1 mutant plants were infiltrated with PstDC3000
(OD600 = 0􀆰 0001 in 10 mmol􀅰L-1 MgCl2) . The infiltrated leaves were collected at indicated times after
inoculation for RNA isolation. RT ̄PCR was performed as in Fig􀆰 2A
2􀆰 3  AtWRKY71过表达转基因拟南芥植株的构建
为了进一步探究 AtWRKY71 的分子生物学功
能ꎬ 我们构建了 35S ∶ AtWRKY71过表达载体ꎬ 并
通过花絮浸泡法获得了转基因拟南芥植株ꎮ 根据
Northern blotting的结果我们筛选到几株组成型表
达 AtWRKY71的转基因拟南芥植株 (图 4: A)ꎮ
与 WT相比ꎬ 这些转基因植株生长稍微变缓且叶
片出现锯齿状 (图 4: B)ꎮ 这些转基因拟南芥植
株的表型与之前报道的且受病原菌诱导表达的
AtWRKY8ꎬ AtWRKY18 和 AtWRKY48 的转基因植
株的表型类似 (Chen和 Chenꎬ 2002ꎻ Xing等ꎬ 2008ꎻ
Chen等ꎬ 2010)ꎮ 由于 L3和 L5 这两个转基因株
系中只含有一个 T ̄DNA插入位点ꎬ 因此我们选择
了这两个株系进行接下来的研究工作 (图 4: Aꎬ
Line3和 Line5)ꎮ
2􀆰 4  过表达 AtWRKY71降低了植株对 PstDC3000
的耐受性
为了检测 AtWRKY71在抗病方面的功能ꎬ 我
们比较分析了WT和 35S ∶ AtWRKY71过表达植株
在 PstDC3000侵染后的生长状况ꎮ 实验选取 5 周
大的幼苗ꎬ 用注射器将 PstDC3000 从叶背面打
入ꎮ 从图 5A中我们可以看出ꎬ 与 WT 相比ꎬ At ̄
WRKY71过表达植株中 PstDC3000 的生长量增加
了 7到 11倍ꎮ 表型方面ꎬ 用 PstDC3000 侵染 At ̄
WRKY71过表达植株后ꎬ 转基因拟南芥植株表现
出更为严重的感病表型ꎬ 如叶片更黄且萎蔫等
(图 5: B)ꎮ 以上研究表明ꎬ 过表达 AtWRKY71降
低了植株对 PstDC3000的耐受性ꎮ
2􀆰 5  AtWRKY71抑制 PR基因的表达
SA调节的抗病信号转导途径在抵御 P􀆰 syrin ̄
gae的侵染方面发挥了重要的功能ꎬ 而此机制与
多个病程相关基因 (pathogenesis related geneꎬ PR)
的表达有关ꎬ 如 PR1 (At2g14610)ꎬ PR2 (At3g57260)
和 PR5 (At1g75040) (Li等ꎬ 2004)ꎮ 此外ꎬ 先前
的研究还表明 PR1可作为系统获得性抗病机制
图 4  AtWRKY71高表达转基因植株的构建及表型分析
A. AtWRKY71在 35S ∶ AtWRKY71植株中的表达ꎮ 提取 4周大的
WT和转基因拟南芥植株总 RNA进行 Northern blotting实验ꎻ
B. 30 d龄的 WTꎬ 35S ∶ AtWRKY71 ∶ L3及 35S ∶
AtWRKY71 ∶ L5幼苗的表型分析
Fig􀆰 4  Over ̄expression lines for AtWRKY71
A. AtWRKY71 expression in transgenic plants. Total RNA was isolated
from leaves of 4 ̄week ̄old wild ̄type (Col ̄0) and transgenic plants and
probed with a AtWRKY71 ̄specific probe. Transgenic AtWRKY71 lines
3 and 5 contained a single T ̄DNA insertion in the genome and exhibi ̄
ted stable AtWRKY71 expression. The F3 homozygous progeny plants
were used in all the experiments in the studyꎻ B. Morphology of repre ̄
sentative 30 ̄d ̄old wild ̄type ( Col ̄0) and transgenic plant lines 3
(L3) and 5 (L5) over ̄expressing AtWRKY71
1855期              王其娟等: 过表达 AtWRKY71影响植物对病原菌 Pseudomonas syringae的抗性               
(Systemic Acquired Resistanceꎬ SAR) 一个可靠的
marker基因ꎮ 因此ꎬ 我们比较分析了这些 PR 基
因在 PstDC3000侵染 35S ∶ AtWRKY71转基因植株
和 WT后的表达差异ꎮ 和抗病表型一致ꎬ 与 WT
图 5  高表达 AtWRKY71影响植株对 PstDC3000的响应
A. 细菌生长统计分析ꎮ 用悬浮于 10 mmol􀅰L-1 MgCl2 OD600 =
0􀆰 0001的 PstDC3000注射 WT和高表达植株ꎬ 三天后收集样品
来确定细菌的生长ꎮ 每个株系取 6~ 8株ꎻ B. 发病症状分析ꎮ 用
PstDC3000接种WTꎬ 35S ∶ AtWRKY71∶ L3及 35S ∶ AtWRKY71∶ L5叶
片ꎬ 三天后拍照
Fig􀆰 5  Altered responses of the transgenic 35S ∶ AtWRKY71
plants to PstDC3000
A. Altered bacterial growth. Wild ̄type ( Col ̄0) and over ̄expression
plants for AtWRKY71 were infiltrated with a suspension of PstDC3000
(OD600 = 0􀆰 0001 in 10 mmol􀅰L-1 MgCl2) . Samples were taken at 0
and 3 dpi to determine the growth of the bacterial pathogen. The means
and standard errors were calculated from 6 - 8 plants for each treat ̄
ment. According to Duncan’s multiple range test (P= 0􀆰 05)ꎬ means
of colony ̄forming units ( cfu) do not differ significantly at the same
dpi if they are indicated with the same letter. This experiment was re ̄
peated three timesꎬ with similar resultsꎻ B. Altered disease symptom
development. Pathogen inoculation of wild ̄type (Col ̄0) and over ̄ex ̄
pression plants was performed as in (A). Pictures of representative in ̄
oculated leaves taken at 3 dpi
相比ꎬ 35S ∶ AtWRKY71 转基因植株中 PR1ꎬ PR2
和 PR5的转录水平显著降低 (图 6)ꎮ 这些研究结
果进一步证实了 AtWRKY71 在植物抵抗 PstDC3000
侵染过程中发挥了负调控的功能ꎮ
图 6  PR基因的表达分析
收集 WT和 35S ∶ AtWRKY71经 PstDC3000 (OD600 =0􀆰 0001) 侵染
0天ꎬ 1天和 2天的叶片ꎬ 提取 RNAꎬ 并进行 qRT ̄PCR分析
Fig􀆰 6  Pathogen ̄related gene expression
Wild ̄type (Col ̄0) and transgenic 35S ∶ AtWRKY71 plants were inocu ̄
lated with PstDC3000 ( OD600 = 0􀆰 0001) . Total RNA was isolated
from inoculated leaves that were harvested at indicated times after in ̄
oculation. Then qRT ̄PCR analysis was performed and the ACTIN2
gene was used as an internal control
285                                  植 物 分 类 与 资 源 学 报                            第 37卷
3  讨论
在自然环境中ꎬ 植物的生长发育往往受到各
种逆境胁迫的影响ꎬ 为了在逆境中求得生存ꎬ 植
物往往通过调节自身来适应ꎬ 并在长期的适应过
程中ꎬ 形成了一套以多防线来抵抗环境变化的独
特防御机制ꎬ 包括形态ꎬ 生理或者分子水平上的
改变或调节 (Bohnert等ꎬ 1995)ꎮ 其中ꎬ 在分子水
平上主要表现为相关基因的转录激活或抑制ꎬ 而
这个过程需要转录调控因子的参与ꎮ WRKY 转
录因子家族是主要存在于植物中的一类超级基
因家族ꎬ 在植物的生长发育 (Johnson 等ꎬ 2002ꎻ
Lagace和 Mattonꎬ 2004ꎻ Xu 等ꎬ 2004ꎻ Zhang 等ꎬ
2004ꎻ Zou 等ꎬ 2004ꎻ Xie 等ꎬ 2005) 以及应对生
物胁迫方面 (Eulgem 等ꎬ 2000ꎻ Eulgem 和 Soms ̄
sichꎬ 2007) 发挥了重要的作用ꎮ 如 AtWRKY70介
导了茉莉酸及水杨酸信号的选择与平衡ꎬ 表现为
激活水杨酸相关反应基因的表达ꎬ 而抑制茉莉酸
相关响应基因的表达ꎮ AtWRKY70 的高表达植株
中茉莉酸响应基因 PDF1􀆰 2 的表达受到抑制ꎬ 结
果表现为植物对 Botrytis cinerea 和 Alternaria bras ̄
sicicola等病原菌的抗性降低 (Li 等ꎬ 2004)ꎮ At ̄
WRKY3和 AtWRKY4 在植物应对 B􀆰 cinerea 的调控
过程中发挥了正调的作用ꎬ 而 AtWRKY4在植物响
应 PstDC3000侵染的过程中发挥了负调的功能
(Lai 等ꎬ 2008)ꎮ AtWRKY8 则通过介导脱落酸
(abscisic acidꎬ ABA) 和乙烯 (ET) 信号参与了
十字花科感染烟草花叶病毒 (TMV ̄cg) 的防御反
应 (Chen等ꎬ 2013)ꎮ WRKY 转录因子家族成员
除了参与调控真菌、 细菌、 病毒等生物胁迫反应
外ꎬ 还参与调控了其他生物胁迫过程ꎮ 研究表明
AtWRKY23在线虫叮咬的早期诱导表达ꎬ 而其高
抑制植株中线虫叮咬程度变弱 (Grunewald 等ꎬ
2008)ꎮ 在本研究中ꎬ 我们检测了 AtWRKY71的基
础表达以及不同处理条件下的诱导表达情况ꎮ 结
果显示ꎬ AtWRKY71 在根中的表达最为强烈ꎻ At ̄
WRKY71受 SAꎬ ET和 JA等植物激素的诱导表达ꎻ
同时 AtWRKY71 也受 PstDC3000 侵染强烈诱导表
达 (图 2)ꎮ 这些研究结果意味着 AtWRKY71 可能
在植物的基础抗病方面发挥着重要的调控功能ꎮ
目前大量的研究表明ꎬ 植物在受到病原菌的
侵害时会激活各种与抗病相关的信号转导途径ꎮ
其中ꎬ SA抗病信号转导途径主要参与了对活体
营养型病原菌的抵抗以及 SAR ( Systemic Ac ̄
quired Resistance) 的建立ꎮ P􀆰 syringae 在侵染植
物的初始阶段是活体营养型ꎬ 但在侵染的后阶段
就变成了死体营养型ꎬ 因此它是一种半活体营养
型的病原菌ꎮ 已有研究证实 SA 信号途径在限制
P􀆰 syringae的生长方面发挥了重要的作用ꎬ 例如
在与 SA生物合成或信号转导途径相关的突变体
中 (eds1ꎬ pad4ꎬ eds5ꎬ sid2ꎬ npr1) P􀆰 syringae 的
生长量增加 ( Glazebrook 等ꎬ 1996ꎻ Rogers 和
Ausubelꎬ 1997ꎻ Aarts 等ꎬ 1998ꎻ Zhou 等ꎬ 1998ꎻ
Nawrath和 Metrauxꎬ 1999)ꎬ 而组成型表达 SA的
突变体ꎬ 如 acd6 ( accelerated cell death 6) 和
agd2 ( aberrant growth and death 2) ( Rate 等ꎬ
1999ꎻ Rate 和 Greenbergꎬ 2001)ꎬ 则增强了对
P􀆰 syringae的耐受性ꎮ 我们的研究证实过表达 At ̄
WRKY71增强了植株对 PstDC3000 的敏感性ꎬ 表
现在细菌数量的增加以及植株感病症状的增强
(图 5: Aꎬ B)ꎮ 与 AtWRKY8ꎬ AtWRKY18 和 At ̄
WRKY48等过表达植株表型类似 (Chen 和 Chenꎬ
2002ꎻ Xing等ꎬ 2008)ꎬ 过表达 AtWRKY71也使植
株生长发育变缓且出现锯齿状叶片 (图 4: B)ꎮ
但不同于 AtWRKY18 的过表达植株ꎬ AtWRKY8ꎬ
AtWRKY48和 AtWRKY71 的过表达株系表现出对
PstDC3000的不耐受性ꎮ 同时ꎬ 我们还发现 3 个
和 SA抗病信号转导途径相关的 PR 基因 (PR1ꎬ
PR2ꎬ PR5)ꎬ 在 AtWRKY71过表达植株中的转录
水平也比 WT 中要低 (图 6)ꎮ 因此ꎬ 我们的研
究结果证实 AtWRKY71 在 SA 调节的抗病信号转
导途径中发挥了负调控的功能ꎮ
为了进一步研究 AtWRKY71的功能ꎬ我们也尝
试构建了 AtWRKY71 ̄RNAi 转基因植株ꎬ 但通过比
较研究发现其在抗病方面与 WT 相比没有什么区
别 (data not shown)ꎬ 这可能是因为 AtWRKY71在
AtWRKY71 ̄RNAi转基因植株中的表达没有被完全
抑制ꎬ 也可能是由于 WRKY 基因家族成员之间存
在功能冗余ꎮ 因此ꎬ 未来如有可能获得 AtWRKY71
完全缺失的突变体ꎬ 仍有必要进一步检测其在基
础抗病性方面的功能ꎮ 同时也可以进一步深入研
究 AtWRKY71 在植物基础抗病性方面的分子机
制ꎬ 如寻找 AtWRKY71 的下游直接调控靶基因
及其相互作用蛋白等ꎬ 相信这些工作有助于详细
解析 AtWRKY71 在植物基础抗病性方面的功能ꎮ
3855期              王其娟等: 过表达 AtWRKY71影响植物对病原菌 Pseudomonas syringae的抗性               
总之ꎬ 我们的研究证实了 AtWRKY71 参与了植物
的抗病反应ꎬ 进一步完善了 WRKY基因家族在调
控植物基础抗病性方面的功能ꎮ
〔参  考  文  献〕
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