摘要
植物病害严重限制作物生长和产量，给粮食安全带来挑战。水杨酸是植物重要的抗病激素，在局部防御和系统获得性抗性中起重要作用。褪黑素是植物体重要的信号分子，通过其受体PMTR1（Phytomelatonin Receptor1）调控GPA1/NADPH氧化酶介导的ROS信号途径和激活MAPK信号途径调控气孔关闭和抗病基因的表达。然而，褪黑素和水杨酸信号互作的调控机理还不清楚。本研究以拟南芥为材料，在分子和生理水平上分析了褪黑素和水杨酸互作调控植物免疫反应的机理，研究结果如下： 1.水杨酸通过褪黑素受体PMTR1调控植物气孔关闭和局部防御。与Col-0相比，水杨酸受体基因npr1-1突变体对褪黑素诱导的气孔关闭的敏感性减弱，表明褪黑素诱导的气孔关闭可能部分依赖于水杨酸受体NPR1；然而，水杨酸不能诱导pmtr1的气孔关闭和ROS产生，表明水杨酸诱导的气孔关闭和ROS产生依赖于PMTR1。外源褪黑素处理降低了Col-0、snat1和npr1-1等植物叶片病原菌Pst DC3000菌落数，然而褪黑素和水杨酸均不能降低pmtr1中病原菌含量。药理学和遗传学结果表明，NADPH氧化酶抑制剂DPI和细胞壁过氧化物酶抑制剂SHAM分别抑制了褪黑素和水杨酸诱导的气孔关闭，且褪黑素诱导了对水杨酸不敏感的prx33和prx34气孔关闭，而水杨酸诱导了对褪黑素不敏感的rbohD/F气孔关闭，表明褪黑素和水杨酸分别通过NADPH氧化酶和细胞壁过氧化物酶介导的ROS产生诱导气孔关闭。RT-qPCR分析发现，褪黑素和水杨酸并不能诱导pmtr1中PRX33和PRX34表明，表明PMTR1介导的信号途径通过调控细胞壁过氧化物酶基因的表达参与水杨酸诱导的气孔关闭。以上研究结果表明，PMTR1介导的信号途径通过调控PRX33和PRX34基因表达参与水杨酸诱导的气孔关闭和叶片防御。 2.PMTR1和NPR1整合了褪黑素和水杨酸信号调控水杨酸信号途径基因表达，且褪黑素通过NO信号途径诱导NPR1进入细胞核。10μM外源褪黑素和100μM外源水杨酸处理2h即显著诱导了Col-0中水杨酸合成基因ICS1、EPS1、PBS3，水杨酸受体基因NPR1以及下游水杨酸依赖的抗病基因PR1、PR2和PR5的表达，并且几乎都在8h时诱导水平达到最大，但在pmtr1和npr1-1中这些水杨酸相关基因的表达明显低于Col-0，且褪黑素不能促进pmtr1和npr1-1中水杨酸合成和受体基因的表达，表明PMTR1和NPR1整合了褪黑素和水杨酸信号调控水杨酸信号途径基因表达。进一步分析发现，褪黑素处理8h才能诱导NPR1进入细胞核，并且NO清除剂cPTIO会抑制褪黑素诱导的NPR1入核，而水杨酸2h就诱导NPR1进入细胞核，且NO清除剂cPTIO不会抑制SA诱导的NPR1入核，表明褪黑素诱导的NPR1入核是通过NO信号介导的，且SA在NO下游诱导NPR1进入细胞核。这些结果表明，褪黑素可能通过PMTR1介导的信号途径调控水杨酸合成基因的表达，进一步诱导SA水平升高，从而促进NPR1进入细胞核并与转录因子结合，启动下游抗病基因PRs的表达。 3.褪黑素和水杨酸通过NPR1和TGA1调控PMTR1表达。在褪黑素和水杨酸相关突变体拟南芥中检测褪黑素合成和受体基因的表达水平，发现水杨酸不影响褪黑素合成基因的表达，但能诱导Col-0中褪黑素受体基因PMTR1的表达，且褪黑素和水杨酸不能促进npr1-1和tga1中PMTR1的表达。此外，双荧光素酶报告基因检测分析发现，TGA1可以与PMTR1启动子互作，且NPR1促进了TGA1对PMTR1表达的调控。
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