R3a and RB confer resistance to potato late blight by recognizing the effector protein Avr3a and Avrblb1 of Phytophthora infestans. R gene mediated resistance requires multiple signal transduction pathways. Virus-induced gene silencing (VIGS) is a powerful tool for studying genes participation in signal pathways. Eight genes, SIPK, NDR1, SGT1, HSP90, NPR1, Rar1, EDS1 and WRKY1 from other species are known to be involved in defence-related signal pathway. Expression of each gene was suppressed by VIGS in Nicotiana benthamiana and the effect was determined on Hypersensitive Response symptoms induced by RB-Avrblb1 and R3a-Avr3a. R3a- and RB-mediated resistance was compromised by the silencing of HSP90 and SGT1, suggesting that the RB-Avrblb1 and R3a-Avr3a interaction are dependent on ubiquitin ligase-associated protein SGT1 and heat-shock protein HSP90. The establishment of this system will identify new genes involved in resistance to late blight.
全 文 :园 艺 学 报 2009, 36 (7) : 997 - 1004
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2009 - 03 - 03; 修回日期 : 2009 - 06 - 05
基金项目 : 国家自然科学基金项目 (30671319)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: huangsanwen@mac1com)
利用 VIGS技术研究马铃薯抗晚疫病基因 R3a和
RB的信号传导
崔艳红 , 贾芝琪 , 李 颖 , 黄三文 3
(中国农业科学院蔬菜花卉研究所 , 北京 100081)
摘 要 : 利用 V IGS技术 , 在烟草中沉默已知的抗病信号传导关键基因 S IPK、NDR1、SGT1、HSP90、
N PR1、Rar1、EDS1、W RKY1 , 再瞬时表达马铃薯抗病基因和其相应的无毒基因 RB 2Avrblb1和 R3a2AvR3a,
根据过敏反应 (Hypersensitive Response, HR) 是否被阻断来研究 RB 和 R3a介导的抗病信号传导。结果发现
SGT1和 HSP90基因沉默阻断了 HR反应的发生 , 表明 SGT1和 HSP90是参与 RB 和 R3a抗病信号传导途径过
程中的关键基因。该技术体系的建立 , 为发现新晚疫病抗病相关基因的功能验证提供了一个高效的技术平台。
关键词 : 晚疫病 ; 烟草 ; 病毒诱导基因沉默 ; 瞬时表达
中图分类号 : S 532; Q 786 文献标识码 : A 文章编号 : 05132353X (2009) 0720997208
Stud ies on S igna l Pa thways of The Pota to La te Blight Resistance Gene R3a,
RB Using V IGS
CU I Yan2hong, J IA Zhi2qi, L I Ying, and HUANG San2wen3
( Institu te of V egetables and Flow ers, Chinese A cadem y of A gricultura l Sciences, B eijing 100081, Ch ina)
Abstract: R3a and RB confer resistance to potato late blight by recognizing the effector p rotein AvR3a
and Avrblb1 of Phytoph thora infestans. R gene mediated resistance requires multip le signal transduction
pathways. V irus2induced gene silencing (V IGS) is a powerful tool for studying genes participation in signal
pathways. Eight genes, S IPK, NDR1, SGT1, HSP90, N PR1, R ar1, EDS1 and W R KY1 from other species
are known to be involved in defence2related signal pathway. Exp ression of each gene was supp ressed by V IGS
in N icotiana ben tham iana and the effect was determ ined on hypersensitive response symp tom s induced by RB 2
Avrblb1 and R3a2A vR3a. R3a2 and RB 2mediated resistance was comp rom ised by the silencing of HSP90 and
SGT1 , suggesting that the RB 2A vrblb1 and R3a2A vR3a interaction be dependent on ubiquitin ligase2associated
p rotein SGT1 and heat2shock p rotein HSP90. The establishment of this system will identify new genes involved
in resistance to late blight.
Key words: Late blight; N icotiana bentham iana; virus induced gene silencing; transient gene exp ression
晚疫病是世界范围内广泛分布的一种病害。根据基因对基因假说 , 植物的抗病基因 (R ) 编码的
蛋白能特异识别病原菌的无毒因子 , 激活下游的信号传导 , 发生过敏反应 (HR ) , 植物对病原菌表
现为抗性。马铃薯与晚疫病的互作符合这个假说。近年来 , 已经有来源于野生种 S olanum dem issum 的
R1和 R3a及来源于 Solanum bulbocastanum 的 RB 和 R pi2blb2、R pi2blb3被克隆 (Ballvora et al. , 2002;
Song et al. , 2003; Huang et al. , 2005; van der Vossen et al. , 2005; Lokossou et al. , 2007) , 从这些抗
病基因的结构来看 , 都属于卷曲螺旋核苷酸结合位点富含亮氨酸重复结构域 (CC2NBS2LRR ) 类抗病
基因。同时 RB 和 R3a相应的无毒基因 A vrblb1和 A vR3a也已经被克隆 (A rm strong et al. , 2005; V lee2
园 艺 学 报 36卷
shouwers et al. , 2008) , R3a与 A vR3a、RB 与 A vrblb1特异性识别 , 引发 HR反应。
Cao等 (1994) 发现并克隆了 N PR1基因。它位于水杨酸 ( SA) 位点的下游 , 调控着植物的一种
广谱抗性。NDR1和 EDS1都是位于 SA位点的上游基因 , 一般来说 , CC2NBS2LRR类 R基因的下游需
要 NDR1 , 而 TIR2NBS2LRR类 R基因的下游则需要 EDS1 (Aarts et al. , 1998)。R ar1最早从大麦中分
离的 , 是多个 R 基因激发抗病信号的一个必需基因 , 也位于水杨酸位点的上游 ( Shirasu et al. ,
1999)。酵母双杂交筛选试验证明 , SGT1和 R a r1存在互作 ( Azevedo et al. , 2002) , 同时 SGT1和
HS P90之间也存在物理互作 ( Takahashi et al. , 2003)。SIPK是水杨酸诱导的蛋白激酶 , 能被病原菌
和激发子迅速激活 , 是与抗逆和抗病相关的丝裂原活化蛋白激酶 ( Zhang & Klessig, 1998)。HSP90是
一种分子伴侣 , 在 R 基因介导的抗性和细胞程序性死亡中起十分重要的作用 ( Takabatake et al. ,
2007)。W RKY是一个转录因子家族 , 在 N 介导的抗 TMV中有重要作用 (L iu et al. , 2004)。
利用病毒诱导的基因沉默 (V IGS) 与瞬时表达技术相结合 , 能够快速鉴定已有的抗病关键基因
是否参与某一抗病基因的抗病途径。V IGS和瞬时表达两种技术都是在烟草 (N icotiana ben tham iana )
中应用比较成熟 , 同时烟草作为模式植物与马铃薯、番茄都属于茄科植物 , 基因组高度保守。因此本
试验中以烟草为材料 , 利用 V IGS技术研究已知的抗病关键基因 S IPK、NDR1、 SGT1、HSP90、
N PR1、Ra r1、EDS1 、W R KY1是否参与马铃薯抗晚疫病基因 R3a和 RB 的抗病信号传导途径。
1 材料与方法
111 材料
试验于 2007—2008年在中国农业科学院蔬菜花卉研究所进行。烟草 (N. ben tham iana ) 种植于
光照培养室 , 温度 22~25 ℃, 光照 16 h。含有双元表达载体 pB INPLUS ∶R3a的农杆菌 AGL0和含有
pCLD04541∶RB 的农杆菌 AGL0由本实验室保存 , 含有 PGR106 ∶A vr3a232147的农杆菌 GV3101、含有
PGR106 ∶A vrblb1的农杆菌 GV3101、含有 PGR106∶IN F1的农杆菌 GV3101, 以及 TRV的 V IGS载体
(包括 pB INTRA6和 pTV00空载体 ) 由英国 The Sainsbury Laboratory的 Sophien Kaumoun实验室惠赠。
112 V IGS重组载体的构建
八氢番茄红素脱氢酶 ( Phytoene desaturase, PDS) 是类胡萝卜素合成所必需的酶 , 该基因发生沉
默后植物就会表现出光漂白症状 (Ruiz et al. , 1998)。因此该基因成为 V IGS体系评价的参照基因。
用 TR Izol试剂提取烟草的总 RNA, 用 PDS基因的下游引物进行反转录 , 上下游引物加 SpeⅠ、Xm aⅠ
酶切位点 PDS2F2S peⅠ, PDS2R2Xm aⅠ, 使用高保真酶扩增 , 然后用 S peⅠ /Xm aⅠ双酶切扩增产物和
pTV00载体 , 并分别回收酶切产物 , 连接、转化和筛选阳性克隆。另外 , 根据 NCB I中提供的序列信
息 , 在 S IPK、NDR1、SGT1、HSP90、N PR1、R ar1、EDS1、W R KY1基因内部设计特异引物 (两端添
加 S peⅠ、Xm aⅠ酶切位点 , 如表 1) 进行特异片段的 RT2PCR扩增后 , 也采用相同的方法连入到
pTV00载体 , 测序后与 NCB I数据库中相应的基因进行比较分析。
113 V IGS操作步骤
取含有 pB INTRA6和重组载体 pTV00的农杆菌 GV3101 (OD值 016~018) 各 10 mL, 4 400 r·
m in - 1离心 10 m in, 弃上清 , 加入 5 mL MMA缓冲液 (10 mmol·L - 1MgCl2、150 mmol·L - 1乙酰丁香
酮、10 mmol·L - 1 MES) , 再将两种菌液 1 ∶1混合 , 室温下放置 3 h。选取 4~5叶龄的烟草小苗 , 将
混合菌液用不带针头的 2 mL注射器从背面注射渗入烟草叶片 , 使菌液充满整个叶片 , 每棵苗注射 2
片叶子。每个基因每次注射 7株烟草 , 5次重复。
114 RNA的提取和半定量 RT2PCR
烟草叶片被 V IGS沉默上述抗病关键基因后 , 取烟草植株上部叶片 , 采用 TriZol试剂法提取烟草
的总 RNA , 取约 1μg总 RNA、50 pmol的 oligodT用于第 1链 cDNA 的合成。为了使检测结果更加可
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7期 崔艳红等 : 利用 V IGS技术研究马铃薯抗晚疫病基因 R3a和 RB 的信号传导
靠 , 使用表 2引物序列进行半定量 RT2PCR扩增 , 以烟草的组成型表达基因 actin作为对照 , 检测基
因沉默后 S IPK、NDR1、SGT1、HSP90、NPR1、R ar1、EDS1、WRKY1的 mRNA表达水平。
115 瞬时表达
取含有 RB、R3a、A vR3a和 A vrblb1的农杆菌 (OD值 016~018) 各 10 mL, 4 400 r·m in - 1离心
10 m in, 弃去培养基 , 分别加入 5 mL MMA缓冲液 , 再将 R3a和 A vR3a、RB 和 A vrblb1两种菌液 1∶1
混合 , 室温下放置 3 h。用不带针头的 2 mL注射器 , 将准备好的混合菌液从烟草上部的叶片背面注射
渗入烟草叶片 , 注射方法采用局部注射而不是注射整个叶片。
表 1 V IGS引物序列
Table 1 The pr im er pa irs for pTV002der iva tives
基因 Gene 上游引物序列 Forward p rimer sequences 下游引物序列 Reverse p rimer sequences
PDS 5′2GGACTAGTCCGGCACTCAACTTTATAAACC 5′2CCC CCCGGGGCTTCAGTTTTCTGTCAAACC
EDS1 5′2GGACTAGTCCGAGTACCAGACCAAGTGTGATATTCAG 5′2CCC CCCGGGGGCTGAGTAGGGAGTTGTTTCCACC
Rar1 5′2GGACTAGTCCAGGAAAGCACACAACAGAAAAACC 5′2CCC CCCGGGGGTGCCATCCTGTGGTGCATGGCGA
N PR1 5′2GGACTAGTCCGAAAGAGCCTAAAATTGTAGTGT 5′2CCC CCCGGGGCTATTTCCTAAAAGGGAGCTTATT
SGT1 5′2GGACTAGTCCTCGCCGTTGACCTGTACACTCAAGC 5′2CCC CCCGGGGGCAGGTGTTATCTTGCCAAACAACCTAGG
NDR1 5′2GGACTAGTCCTGAACACCAAGATGAAGGACAA 5′2CCC CCCGGGGCAAAAGAAGCAAGGTGAATAAA
HSP90 5′2GGACTAGTCCATCAACACTTTCTACAGCAAC 5′2CCC CCCGGGGACCAGCTTGAGATTCCCAGAC
S IPK 5′2GGACTAGTCCGATGGTTCTGGTCAGCAGACGGA 5′2CCC CCCGGGGTTCAACCCTCGGAGGATCTGATAC
W RKY1 5′2GGACTAGTCCGGATGATACTCCACCTATTAAGTC 5′2CCC CCCGGGGTGCACCAATATGAACAACCATGTC
表 2 半定量 RT2PCR的引物序列
Table 2 The pr im er pa irs for sem i2quan tita tive RT2PCR
目的基因 Gene 上游引物序列 Forward p rimer seqences 下游引物序列 Reverse p rimer seqences
EDS1 5′2TTATCAGCACGAGGTAGTTG 5′2ACCAGTTTCCCATTTCCAGT
Rar1 5′2GTTGCCAGAGGATCGGTTGCAACG 5′2GCATGGCGATATGCTCATGAATTC
N PR1 5′2CATAACCCTTGATAAAGCCTTGCC 5′2TCTTCAGTTGACGCTCTTCTGCCG
SGT1 5′2TTCCTCCATCTTGCTACCTT 5′2CCTTCTTTGTGCCAACTTCT
NDR1 5′2TTTACTTACCTGCCCTTAACAACT 5′2CACCCTGAAAACCACTTTAGACCC
HSP90 5′2TCTCCCTGCTGCTTAGTCAC 5′2TTCCTCCATCTTGCTACCTT
S IPK1 5′2GCCAACTTCCTCTTTACCGT 5′2ATACAAGCGATCCACCTCAT
W RKY1 5′2GAAACAGGGTCTTAAGAGTGAGGGTG 5′2CGGACCACTTGGAGTTTTCGGATG
actin 5′2AAGATACTCACAGAAAGAGGCTAC 5′2AGGACAATGTTTCCGTACAGA
2 结果与分析
211 pTV00重组载体的构建
8个已知关键基因和 PDS基因经 RT2PCR扩增出的特异片段 , 经过双酶切后连接入同样用 SpeⅠ
和 Xm aⅠ双酶切的 pTV00载体 , 连接产物转化大肠杆菌 , 然后挑取 PCR阳性克隆 , 最后进行测序验
证 , 与 NCB I数据库中烟草的相应基因进行序列比对 , 同源性均在 90%以上 (表 3) , 达到特异沉默
目的基因的要求 , 片段的长度也符合预期。说明载体构建完成可以用于 V IGS试验。
212 V IGS体系建立
将经过测序验证的载体 pTV00 ∶PDS转化到农杆菌 GV3101, 与 pB INTRA6农杆菌菌液 1∶1混合 ,
选取 4~5叶龄的烟草幼苗注射 , 14 d后烟草顶部出现光漂白的新叶 , 25 d后烟草上部 4~5叶片白
化 , 并有病毒侵染相类似的花叶症状 (图 1) , 是 PDS基因沉默后的表型 , 说明 V IGS体系已经建立。
因此本试验选择在抗病关键基因 V IGS沉默 4周后进行 R3a2A vR3a和 RB 2A vrblb1瞬时表达。
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表 3 pTV00重组载体测序结果
Table 3 The result of pTV002der iva tives sequences
基因
Genes
同源基因
序列编号
Gene ID
相似性 ( % )
Sim ilarity
来源物种
O rigin
片段 / bp
Fragment
size
PDS EF65001111 409 /409 (100) Solanum lycopersicum 409
EDS1 AF47962511 540 /540 (100) N 1 bentham iana 540
Rar1 AF48048711 440 /460 (95) N 1 tabacum 460
N PR1 DQ83721811 725 /756 (95) N 1 tabacum 756
SGT1 AF51618011 625 /634 (99) N 1 bentham iana 634
NDR1 AY43802911 404 /404 (100) N 1 bentham iana 404
HSP90 AY36890411 366 /402 (91) N 1 bentham iana 402
S IPK1 AB09873011 516 /521 (99) N 1 bentham iana 521
W RKY1 AF09629811 462 /471 (98) N 1 tabacum 471 图 1 PDS沉默的烟草表型F ig. 1 The phenotype of PDS gene silencedN. ben tham iana
213 R3a2A vR3a、RB 2A vrb lb1瞬时表达体系建立
IN F1激发子是晚疫病菌产生的 10kD 的胞外蛋白 , 能诱导烟草叶片发生 HR反应 ( Kamoun et
al. , 1998)。将含有 pGR106 ∶IN F1的农杆菌 GV3101注射烟草叶片 , 可以产生 HR病斑 , 因此可以用
来作为试验的正对照。 IN F1单独注射、R3a与 AvR3a共同表达 , 以及 RB 与 A vrblb1共同表达均有
HR反应发生 (图 2 ) , 而单独注射 R3a、AvR3a、RB 和 A vrblb1则对烟草叶片没有影响 , 说明 HR现
象是 R3a与 AvR3a、RB 与 Avrblb1进行特异的识别反应后产生的 , 表明瞬时表达体系建立成功。
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7期 崔艳红等 : 利用 V IGS技术研究马铃薯抗晚疫病基因 R3a和 RB 的信号传导
214 V IGS沉默后烟草植株表型和 RT2PCR验证
载体构建完成并测序验证之后 , 进行 8个信号传导关键基因在烟草中的 V IGS基因沉默。按
照材料方法中所提供的方法进行烟草小苗的注射 , 4周后可以观察到沉默基因后的烟草生长状
态受到不同程度的影响 (图 3 ) , 沉默了 HS P90和 SGT1的烟草小苗生长明显受到抑制 , 并且随
着生长时间的延长逐渐死亡 , 说明这两个基因在植物的生长和形态建成方面起重要作用 , 而其
它基因沉默后注射空载体 pTV00对照相似 , 看不到明显的表型 , 虽然植株生长受到影响 , 但并
不十分显著。
V IGS引起目的基因转录后沉默 , 导致转录后的 mRNA降解。为了验证 V IGS后相应的基因
是否沉默 , 将 V IGS前后的烟草提取总 RNA进行 RT2PCR验证。为了避免叶片中残留的农杆菌
污染影响结果 , RT2PCR 使用了重新设计的引物 (表 2 ) , 每对引物中至少有一条引物设计在
V IGS载体所连接片段之外 , 这增加了结果的可靠性。为了避免 PCR产物量到达平台期而造成的
干扰 , 分析了不同循环数 PCR的产物量 (图 4 ) , 以沉默前后烟草 actin基因为对照 , 发现沉默
后目的基因的扩增量明显减少 , 对比沉默前后 25个循环数的结果 , 沉默前每个基因都可以扩增
出带 , 沉默后则无带 , 说明模板中相应基因的量有所减少 , 用 V IGS方法降低了相应目的基因的
表达量 , 有一些基因如 N PR 1和 NDR 1甚至在较高的循环数下也扩增不出条带 , 说明 V IGS沉默
目的基因的效率非常高。RT2PCR的结果比表型观察更有效的证明 V IGS方法的有效性 , 也使后
面瞬时表达的结果更加可靠。
215 SG T1和 H S P90参与 R 3 a 2A vR 3 a、RB 2A vrb lb1及 IN F 1的信号传导途径
在烟草植株进行特异目的基因沉默 4周后 , 在上部烟草叶片中瞬时表达 IN F、R 3 a2A vR 3 a、
RB 2A vrblb1 , 5~7 d后 , 叶片表型如图 5。其中 , SGT1 和 HS P90 基因沉默后 R 3 a2A vR 3 a、 RB 2
A vrblb1及 IN F1诱导的 HR反应被阻断 , 而 R a r1、 EDS1、N PR 1、W R KY1、 S IPK、NDR 1基因的
沉默没有阻止 HR反应的发生。这说明该 6个基因沉默没有阻断 R 3 a2A vR 3 a、RB 2A vrblb1和 IN F1
特异识别的抗病信号途径 , 而 SGT1和 HS P90基因的沉默导致 R 3 a2A vR 3 a和 RB 2A vrblb1信号识别
途径中断 , 证明 SGT1和 HS P90参与了 R 3 a2A vR 3 a、RB 2A vrblb1和 IN F1诱导的 HR反应的信号传
导途径。
图 4 基因沉默的半定量 RT2PCR检测
25、30、35、40、45: PCR循环数 ; M: Marker;
N: 不加 M2MLV对照。
F ig. 4 V irus induced gene silenc ing2m ed ia ted degrada tion of spec if ic RNA tran scr ipts
25, 30, 35, 40, 45: PCR cycle number; M: Marker;
N: Negative control withoutM2MLV.
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图 5 基因沉默后瞬时表达的烟草叶片表型
F ig. 5 L eaves of N. ben tham iana inf iltra ted w ith A grobacterium
after the genes were induced silenc ing
3 讨论
311 V IGS和瞬时表达结合是研究马铃薯晚疫病抗病信号途径的有效方法
相对于其他研究基因功能的方法 , V IGS具有很明显的技术优势 : 载体构建简便 , 试验周期短 ,
避免了复杂冗长植物转化的过程。V IGS方法与瞬时表达结合 , 是研究植病互作及其抗病信号转导
的重要模式体系 , 不仅能够快速鉴定已有的抗病关键基因是否参与某一抗病基因的抗病途径 , 而
且能够快速高效筛选新的抗病关键基因。利用 V IGS研究关键基因是否参与某些抗病途径的研究很
多 , 在烟草中表达拟南芥 R PS4基因 , 沉默 HS P90、 EDS1、SGT1基因后用含有 A vrR ps4基因的农
杆菌进行瞬时表达的研究发现 , 这 3个基因在 R PS4与 A vrR ps4互作的 HR反应中起作用 ( Zhang et
al. , 2004)。N 基因介导对 TMV的抗性是最为经典的病原互作研究之一 , Peart等 ( 2002a) 和 L iu
等 (2002) 几乎同时利用 TRV诱导的基因沉默对 N 基因介导的对 TMV的抗性反应中参与抗性信
号传递的基因进行了研究 , 发现 EDS1、R a r1、SGT1、与 SGT1互作的 S KP1以及水杨酸依赖途径的
N PR1、N IM 1基因对于 N 基因介导的抗性都是必需的。马铃薯和烟草同为茄科作物 , 基因组高度
保守 , 所以在烟草中建立 V IGS和瞬时表达技术体系 , 为研究马铃薯抗病基因的信号传导提供了非
常好的途径。
312 SG T1和 H SP90参与 R3 a 2A vR3 a和 RB 2A vrb lb1信号传导途径
HS P90和 SGT1是抗病系统中关键的节点基因 , 已有的研究表明这两个基因参与了 R3 a抗晚疫
病途径 (Bos et al. , 2006)。在本研究中 HS P90和 SGT1的沉默阻断 RB 和 R3 a诱导的 HR反应 , 证
明其参与了 RB 和 R3 a下游的信号传导 , 是晚疫病抗病信号传导中的必需基因。同时这两个蛋白在
多个抗病基因的抗病信号传导中起着重要作用。SGT1调节 NB 2LRR类和 Pto激酶类抗性基因下游
的信号传导 , 同时还参与植物的非寄主抗性 ( Tor et al, , 2002; Peart et al. , 2002b; Leister et al. ,
2005)。Bhattarai等 (2007) 报道 SGT1 21在番茄中部分沉默 , 导致 M i21的根结线虫抗性减弱。而
Bhaskar等 (2008) 报道 SGT1在马铃薯中完全沉默 , 导致 RB 的晚疫病抗性完全丧失。HS P90在
多种植物寄主抗性和非寄主抗性起着重要作用。在烟草中利用 V IGS方法将其沉默后发现 , 它是
N、R x、P to等抗病基因所必需的关键因子 (Lu et al. , 2003 )。酵母双杂交试验发现 HS P90 和
SGT1之间存在物理相互作用 , 并且提取到 HSP902SGT1复合蛋白晶体 , 它是由 HSP90的 N末端结
构域和 SGT1的 CS结构域结合形成的 ( Zhang et al. , 2008 )。本研究中 HS P90和 SGT1同时参与
R3 a和 RB 的抗病反应 , 在晚疫病抗病传导途径中信号传递可能受这两个蛋白的复合体或其中之一
控制而使信号向下一级传递。
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7期 崔艳红等 : 利用 V IGS技术研究马铃薯抗晚疫病基因 R3a和 RB 的信号传导
本研究中还观察到 , 烟草 SGT1和 HS P90基因沉默后表型出现异常 , 生长受到抑制甚至死亡 ,
而其他的 6个基因沉默后没有明显的表型变化 , 说明 SGT1和 HS P90不仅参与抗病信号传导 , 而且
还与植物生长发育有关。这在以往也有报道 (Bhattarai et al. , 2007; Sangster et al. , 2007 )。
313 其它信号途径关键基因没有阻断 R3a2A vR3a和 RB 2A vrb lb1诱导 HR反应的原因
R ar1、EDS1、N PR1、W R KY1、S IPK、NDR1这 6个抗病关键基因沉默后没有阻断 R3a2A vR3a和
RB 2Avrblb1诱导的 HR反应发生 , 但是不能因此推断它们不参与 RB 和 R3a的抗病信号传导途径 , 可
能的原因有以下 3种 : 1) 这些基因的转录物没有完全沉默 , 所编码蛋白的剂量达到某一个很低的量
就能将信号向下传导 , 因而 HR没有被阻断 ; 2) 由于抗病信号传导途径是复杂交错的 , 一个基因沉
默后只是阻断一条支路 , 信号仍可以从其他的支路向下游继续传递 ; 3) HR反应不完全等同于抗病 ,
有些基因参与了抗病基因的抗病信号传导 , 但不参与 HR反应的发生 , 如 NDR1基因突变能够引起拟
南芥抗病性的丧失但不影响 HR反应的产生 , 说明 HR反应与抗病性无必然因果关系 (Century et al. ,
1995)。以上的推测尚需进一步的验证 , 构建稳定的沉默表达体系或进行突变体分析才能够使结果更
加明确。
References
Aarts N, MetzM, Holub E, Staskawicz B J, DanielsM J, Parker J E. 1998. D ifferent requirements for EDS1 and NDR1 by disease resistance
genes define at least two R gene2mediated signaling pathways in A rabidopsis. PNAS, 95: 10306 - 10311.
A rm strong M R, W hisson S C, Pritchard L, Bos J I, Venter E, Avrova A O, Rehmany A P, Bohme U, B rooks K, Cherevach I, Ham lin N, W hite
B, Fraser A , Lord A, QuailM A, Churcher C, Hall N, Berriman M, Huang S, Kamoun S, Beynon J L, B irch P R. 2005. An ancestral
oomycete locus contains late blight avirulence gene A vr3a, encoding a p rotein that is recognized in the host cytop lasm. PNAS, 102 ( 21) :
7766 - 7771.
Azevedo C, Sadanandom A, Kitagawa K, Freialdenhoven A, Shirasu K, Schulze2lefert P. 2002. The RAR1 interactor SGT1 , an essential compo2
nent of R gene2triggered disease resistance. Science, 295: 2073 - 2076.
Ballvora A, Ercolano M R, W eiss J, Meksem K, Bormann C A, Oberhagemann P, Salam ini F, Gebhardt C. 2002. The R1 gene for potato resist2
ance to late blight ( Phytophthora infestans) belongs to the leucine zipper/NBS/LRR class of p lant resistance genes. Plant Journal, 30 ( 3) :
361 - 371.
Bhaskar P B, Raasch J A, KramerL C, Neumann P, W ielgus SM, Austin2Phillip s S, J iang J. 2008. Sgt1 , but not Rar1 , is essential for the RB 2
mediated broad2spectrum resistance to potato late blight. BMC Plant B iology, 8: 8.
Bhattarai K K, L i Q, L iu Y, D inesh2Kumar S P, Kaloshian I. 2007. TheM I212mediated pest resistance requires Hsp90 and Sgt1 . Plant Physiol,
144 : 312 - 323.
Bos J I, Kanneganti T D, Young C, Cakir C, Huitema E, W in J, A rm strongM R, B irch P R, Kamoun S. 2006. The C2term inal half of Phytoph2
thora infestans RXLR effector AVR3a is sufficient to trigger R3a2mediated hypersensitivity and supp ress IN F12induced cell death in N icotiana
bentham iana. Plant Journal, 48: 165 - 176.
Cao H, Bowling S A, Gordon A S, Dong X. 1994. Characterization of an A rabidopsis m utant that is nonresponsive to inducers of system ic acquired
resistance. The Plant Cell, 6 (11) : 1583 - 1592.
Century K S, Holub E B, Staskawicz B J. 1995. NDR1 , a locus of A rabidopsis tha liana that is required for disease resistance to both a bacterial
and a fungal pathogen. PNAS, 92 (14) : 6597 - 6601.
Huang S, van der Vossen E A, Kuang H, V leeshouwersV G, ZhangN, Borm T J, van Eck H J, BakerB, Jacobsen E, V isser R G. 2005. Com2
parative genom ics enabled the isolation of the R3a late blight resistance gene in potato. Plant Journal, 42 (2) : 251 - 261.
Kamoun S, van W est P, V leeshouwers V G, de Groot K E, Govers F. 1998. Resistence of N icotinana bentham iana to Phytophthora infestans is
mediated by the recognition of the elicitor p rotein INF. The Plant Cell, 10: 1413 - 1426.
Leister R T, Dahlbeck D, DayB, L i Y, Chesnokova O, StaskawiczB J. 2005. Molecular genetic evidence for the role of SGT1 in the intramolecu2
lar comp lementation of B s2 p rotein activity in N icotiana bentham iana. The Plant Cell, 17: 1268 - 1278.
L iu Y, SchiffM, Marathe R, D inesh2Kumar S P. 2002. Tobacco Rar1, EDS1 and NPR1 /N IM1 like genes are required for N2mediated resistance
to tobacco mosaic virus. Plant Journal, 30 (4) : 415 - 429.
3001
园 艺 学 报 36卷
L iu Y, SchiffM, D inesh2Kumar S P. 2004. Involvement ofMEK1MAPKK, NTF6MAPK, WRKY/MYB transcrip tion factors, CO l1 and CTR1 in
N2mediated resitance to tobacco mosaic virus. Plant Journal, 38: 800 - 809.
Lokossou A, Van A rkel G, Tani A, Park T, Hutten R, van Eck H, V isser R G F, Jacobsen E, van der Vossen E A G. 2007. Cloning of Rpi2
blb3 and other functional alleles from a major late blight resistance locus on chromosome IV of potato PS232260. MPM I Meeting, Sorrento,
Italy.
Lu R, Malcuit I, Moffett P, RuizM T, Peart J, W u A J, Rathjen J P, Bendahmane A, Day L Baulcombe D C. 2003. H igh throughput virus2in2
duced gene silencing imp licates heat shock p rotein 90 in p lant disease resistance. The EMBO Journal, 22 (21) : 5690 - 5699.
Peart J R, Cook G, FeysB J, Parker J E Baulcombe D C. 2002a. An EDS1 orthologue is required forN2mediated resistance against tobacco mosa2
ic virus. Plant Journal, 29 (5) : 569 - 579.
Peart J R, Lu R, Sadanandom A, Malcuit I, Moffett P, B rice D C, Schauser L, Jaggard D A, Xiao S, Coleman M J, Dow M, Jones J D, Shirasu
K, Baulcombe D C. 2002b. Ubiquitin ligase2associated p rotein SGT1 is required for host and nonhost disease resistance in p lants. PNAS, 99
(16) : 10865 - 10869.
RuizM T, Voinnet O, Baulcombe D C. 1998. Initiation and maintenance of virus2induced gene silencing. The Plant Cell, 10: 937 - 946.
Sangster T A, Bahram i A, W ilczek A, W atanabe E, Schellenberg K, McLellan C, Kelley A, Kong SW , Queitsch C, L indquist S. 2007. Pheno2
typ ic diversity and altered environmental p lasticity in A rabidopsis thaliana with reduced Hsp90 levels. PLoS ONE, 2 (7) : e648.
Shirasu K, Lahaye T, Tan M W , Zhou F, Azevedo C, Schlze2Lefert P. 1999. A novel class of eukaryotic zinc2binding p roteins is required for dis2
ease resistance signaling in barley and development in C. elegans. Cell, 99: 355 - 366
Song J, B radeen J M, Naess S K, Raasch J A, W ielgus S M, Haberlach G T, L iu J, Kuang H, Austin2Phillip s S, Buell C R, Helgeson J P,
J iang J. 2003. Gene RB cloned from Solanum bulbocastanum confers broad spectrum resistance to potato late blight. PNAS, 100 (16) : 9128
- 9133.
Takabatake R, Ando Y, Seo S, Katou S, Tsuda S, M itsuhara I. 2007. MAP kinases function downstream of HSP90 and up stream of m itochondria
in TMV resistance gene N2mediated hypersensitive cell death. Plant Cell Physiol, 48 (3) : 498 - 510.
Takahashi A, Casais C, Ichimura K, Shirasu K. 2003. HSP90 interacts with RAR1 and SGT1 and is essential for RPS22mediated disease resist2
ance in A rabidop sis. PNAS, 100: 11777 - 11782.
Tor M, Gordon P, Cuzick A, Eulgem T, Sinap idou E, Mert2Turk F, Can C, Dangl J L, Holub E B. 2002. A rabidopsis SGT1b is required for de2
fense signaling conferred by several downy m ildew resistance genes. The Plant Cell, 14: 993 - 1003.
van der Vossen E A, Gros J, Sikkema A, MuskensM, WoutersD, Wolters P, Pereira A, A llefs S. 2005. The Rpi2blb2 gene from Solanum bulbo2
castanum is an M i21 gene homolog conferring broad2spectrum late blight resistance in potato. Plant Journal, 44: 208 - 222.
V leeshouwers V G, R ietman H, Krenek P, Champouret N, Young C, Oh S K, W angM, Bouwmeester K, Vosman B, V isser R G, Jacobsen E,
Govers F, Kamoun S, van der Vossen E A. 2008. Effector genom ics accelerates discovery and functional p rofiling of potato disease resistance
and Phytophthora infestans avirulence genes. PLoS ONE, 3 (8) : e2875.
Zhang M, BoterM, L i K, Kadota Y, Panaretou B, Prodromou C, Shirasu K, Pearl L H. 2008. Structural and functional coup ling of H sp902 and
Sgt12centred multi2p rotein comp lexes. The EMBO Journal, 27: 2789 - 2798.
Zhang Y, Dorey S, SwiderskiM, Jones J D. 2004. Exp ression of RPS4 in tobacco induces an AvrRp s42independent HR that requires EDS1, SGT1
and HSP90 . Plant Journal, 40: 213 - 224.
Zhang S, Klessig D F. 1998. Resistance gene N2mediated de novo synthesis and activation of a tobacco m itogen2activated p rotein kinase by tobacco
mosaic virus infection. PNAS, 95: 7433 - 7438.
4001