华中师范大学杨万年组揭示水杨酸参与短期冷胁迫激活拟南芥抗病性的机制

来源:作者:SHR BioArt植物发稿时间:2019-05-16浏览次数:

近些年来,越来越多的研究关注不同胁迫之间的相互作用及其信号传导途径之间的串扰。在特定情况下,一种类型的胁迫可以增强植物对其他非生物胁迫的交叉耐受性或者对病原菌侵染的免疫,这种现象被称为激发效应priming effect)。在该过程中,初始刺激(指启动刺激)使植物对即将到来的的胁迫(触发刺激)反应敏感(例如病原体感染),但并不激活自身免疫1】。目前有很多证据表明,长期或重复的短期冷胁迫可以交叉激活植物抗病性,其中包括了对不同免疫途径的激活(如NAC062转录因子,CAMTA转录因子等)2, 3】,但是目前尚不清楚长时间冷应激引起的抗病能力是否与早期短期冷应激引起的反应有关。此外,水杨酸salicylic acid,SA)在对抗(半)活体营养病原菌过程中发挥着重要作用。SA生物合成包括ICS(异分支酸合酶)PAL(苯丙氨酸氨裂解酶)两种途径,拟南芥中的ICS1/SID2以及PAL基因在SA积累以及抵抗病原菌侵染的过程中发挥关键作用4, 5】是目前仍不清楚些SA生物合成途径是否有助于植物对短期冷胁迫的响应。

近日,华中师范大学生命科学学院杨万年教授课题组在Plant Cell & Environment 在线发表了一篇题为Cold stress activates disease resistance in Arabidopsis thaliana through a salicylic acid dependent pathway的研究论文,揭示了短期冷胁迫以SA依赖性方式激活拟南芥抗病性的机制。

该研究发现,10小时冷胁迫处理显著增加了拟南芥对随后Pst DC3000侵染的抗性(包括过氧化氢和胼胝质的积累);短至8小时的冷胁迫足以显著降低细菌数量而延长的冷胁迫则增强了植物抗病能力。将10小时冷胁迫拟南芥植物转移到正常条件12小时足以清除冷应激诱导的抗病性。以上研究表明,短期冷应激可以短暂地激活防御反应并且激活的免疫在长期冷应激后变的强烈。该研究还发现,病原体感染后的一些晚期防御反应基因在冷应激拟南芥中被提前到早期阶段,冷应激加速了对随后病原体侵染的防御反应的激活。

冷胁迫激活拟南芥抗病性的时间进程

 

该研究通过转录组学比较发现,10小时冷处理诱导与病原体感染均引起SA途径标记PR2PR5以及抗(半)活体营养菌相关基因HSP90.1AZILURP1ANKNPR4的表达增加。但是JA途径标记基因(如PR4MYC2以及对抗坏死性病原体的免疫基因WRKY33,WRKY40, MYB51 and CYP81F2表达下调。此外,该研究还发现,冷应激的NahG转基因系(水杨酸缺乏)植物对Pst DC3000感染非常敏感。这表明SA是冷应激诱导的抗病性所必需的,并且部分依赖于NPR1ICS1/ SID2。总之,该研究表明,短期冷应激可以通过SA依赖性途径交叉激活拟南芥先天免疫应答。

 

冷胁迫对NahG株系及 jar1-1npr1-1突变体抗病性的影响

参考文献

1】Hilker, M., Schwachtje, J., Baier, M., Balazadeh, S., B?urle, I., Geiselhardt, S., ... Rolff, J. (2016). Priming and memory of stress responses in organisms lacking a nervous system. Biological Reviews, 91(4), 1118-1133.

2】Seo, P. J., Kim, M. J., Park, J. Y., Kim, S. Y., Jeon, J., Lee, Y. H., ... Park, C. M. (2010). Cold activation of a plasma membrane-tethered NAC transcription factor induces a pathogen resistance response in Arabidopsis. The Plant Journal, 61(4), 661-671

3】Kim, Y. S., An, C., Park, S., Gilmour, S. J., Wang, L., Renna, L., ... Thomashow, M. (2017). CAMTA-mediated regulation of salicylic acid immunity pathway genes in Arabidopsis exposed to low temperature and pathogen infection. The Plant Cell, 29(10), 2465-2477.

4】Garcion, C., Lohmann, A., Lamodiere, E., Catinot, J., Buchala, A., Doermann, P. & Métraux, J. P. (2008). Characterization and biological function of the ISOCHORISMATE SYNTHASE2 gene of Arabidopsis. Plant Physiology, 147(3), 1279-1287.

5】Huang, J., Gu, M., Lai, Z., Fan, B., Shi, K., Zhou, Y. H., ... Chen, Z. (2010a). Functional analysis of the Arabidopsis PAL gene family in plant growth, development, and response to environmental stress.Plant Physiology, 153(4), 1526-1538

原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.13579

(编辑:白静静)