harpin蛋白hpa1诱导的促植物生长及相关生理反应受乙烯和赤霉素共同调控
摘要：来自水稻黄单胞菌的harpin蛋白质Hpa1诱导植物中几个促生长反应、包括激活乙烯信号途径、增加光合作用速率和提高 EXPANSIN基因表达水平,从而促进植物生长。本研究试图分析植物体内上述表型与赤霉素作用机制的相关性。我们测定了Hpa1促进拟南芥、番茄、水稻的生长。研究表明促生长反应主要决定于叶绿素a / b比率（因为叶绿素a / b比率是光合作用效率的重要指标），使用Hpa1蛋白提高绿素a / b比率，导致光合作增强和EXP基因表达水平的提高。Hpa1在拟南芥的一个乙烯受体或赤霉素合成突变体上促生长功能受到抑制。在番茄和水稻中当用乙烯受体或赤霉素合成抑制剂处理后，Hpa1的促生长作用降低。在上述三种植物上的处理使得乙烯或赤霉素的合成完全受到抑制，Hpa1促生长作用表现为部分受到抑制，而不是全部。当同时取消植物乙烯和赤霉素生物合成时，Hpa1完全丧失了促生长、增加光合作用及提高EXP基因表达。本研究表明，Hpa1的促生长作用是通过乙烯和赤霉素交叉调控相关生理和分子事件实现的。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words2
引言2
1材料与方法3
1.1蛋白的准备3
1.2植物材料、处理和生长测量3
1.3生理测定3
1.4基因表达分析4
1.5药物测试4
1.6统计分析4
2结果分析4
2.1 Hpa1诱导促进植物生长4
2.2 Hpa1诱导植物生长的相关生理反应5
2.3 Hpa1增强EXP表达促进植物生长7
2.4 Hpa1增强植物生产乙烯、赤霉素8
2.5 Hpa1诱导激活乙烯信号通道9
2.6 Hpa1增强光合作用和EXP表达促进植物生长9
2.7 Hpa1处理植物赤霉素增高10
2.8乙烯和赤霉素在Hpa1增强光合作用、提高EXP表达和促进植物生长中的相
互作用10
3讨论12
致谢13
参考文献14
Harpin蛋白Hpa1诱导的促植物生长及相关生理
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
反应受乙烯和赤霉素共同调控
引言
由植物病原细菌革兰氏阴性菌产生的Harpin蛋白在很多植物品种上有多面功能，并且在过去的二十年中引起巨大关注。在转基因植物中异位表达或是外部应用于植物后，激活不同的信号通路来诱导产生不同的有利影响。为了应对Harpin蛋白,水杨酸信号通路被激活来抵抗病原菌，而脱落酸信号通路则是被诱导调节抗旱。而且，为了应对Harpin蛋白，乙烯识别信号通路分为两个不同的线路：一条用来诱导抵抗害虫，另一条用来加速植物生长。总而言之，Harpin蛋白已经被认为是植物上的多功能效应因子。
Hpa1是由水稻条斑病菌（X. oryzae pv. oryzicola, Xoc）所分泌的一种重要的病原菌蛋白，Hpa1蛋白能够在多种植物中引起不同的有益效应，本研究主要从分子和生理学水平分析Hpa1诱导植物生长增强以及促进生长相关反应的机制。在不同的植物中，Hpa1能够诱导的促生长效应已经被证实是由于激活乙烯信号通路、促进光合作用以及提高植物伸展素基因（EXP）表达，这些效应一起诱导促进植物生长。这篇文章主要研究Hpa1诱导植物生长增强以及促进生长相关反应的机制。
第一个问题是关于Hpa1同时能够促进乙烯信号通路与诱导EXP基因表达之间的功能学关联。EXP基因能够编码表达植物伸展素蛋白，这类蛋白能够使植物细胞壁特定伸展的功效，是植物中一类超级蛋白家族。这类蛋白家族作用于植物生长发育的不同方面，比如细胞生长分离、细胞壁分离、叶原基的形成以及根毛的形态发生。在不同的植物中鉴定出来的数百种EXP蛋白中，EXP1和EXP2的同源类似物已经被证实是植物生长必需的。尤其指出的是，无论是在转基因植物还是普通植物中喷施Hpa1处理时，EXP1和EXP2基因的表达量均有所提高。在转Hpa1表达的水稻品种或者外源喷施Hpa1处理的水稻中，促生长作用均与OsEXP1相关。在使用Hpa1处理的拟南芥中，AtEXP1和AtEXP2表达量比对照组拟南芥中AtEXP1和AtEXP2表达量高很多。类似的结果在茶叶中也有所研究，在用同样的Hpa1处理后EXP1、EXP10及EXP18均检测到表达量升高。以上的研究中表明，EXP基因的表达量升高，不仅与促进植物生长相关，而且还与作物产量提高有关。然而，这些研究仅仅表明乙烯信号与EXP基因表达能够同时存在，并没有充分证据表明两种反应的因果关系。尽管乙烯信号与EXP基因表达均对Hpa1有反应，但是目前为止，没有一项研究能够在两者之间建立一种机制或者生理学联系。
第二个问题是，除了乙烯外，还有其他植物激素在Hpa1诱导的促生长效应中与EXP基因表达量之间也有关联。在已经发表的研究中已经证实，生长素、乙烯和赤霉素能够通过EXP同源基因的类型及植物组织或者生长条件诱导或者抑制EXP基因表达。例如，使用外源赤霉素能诱导水稻中EXP4的表达从而促进水稻节间生长，但是，在水稻感染细条斑病时，使用外源生长素能抑制水稻EXP1的表达。在拟南芥中，生长素和乙烯能诱导EXP7和EXP8的表达从而调节拟南芥根须生长。这两种激素同样能够诱导番茄中EXP1和EXP2的表达，而且，乙烯和生长素能够通过与EXP9和EXP18的表达联系，从而抑制根系的氰胺复合物的氧化。而且，在番茄的幼茎中，赤霉素可以促进EXP9的表达，从而促进细胞伸长。显然，乙烯和生长素诱导EXP表达与植物的防卫反应和调控生长发育有关，而赤霉素诱导EXP表达与植物生长有关。因此，很有必要研究赤霉素在Hpa1诱导植物促生长反应过程中的作用。
另外一个问题是与光合作用作为植物生长和诱导Hpa1促进植物生长的根本基础有关。在拟南芥中,外部应用Hpa1会促进气体在叶肉细胞的交流或叶肉中二氧化碳的气传导率,促进二氧化碳从气孔下腔运输到叶肉细胞,因此增加净光合作用/ CO2同化率。这种生理反应严格的依赖于Hpa1加速植物的生长。然而在Hpa1促进光合作用的过程中激素是否扮演了重要的角色，到目前为止仍然是未知的。
本研究试图阐明Hpa1在表现为净光合作用效率AN （net photosynthesis，CO2 assimilation）和EXP 基因的表达中激活乙烯信号通路的功能与诱发植物加速生长反应的机制联系。与此同时，对赤霉素在这个反应中的作用也进行了分析。
1材料与方法
1.1 蛋白的准备
X. oryzae hpa1克隆到pET30a(+)，200mM咪唑纯化 (His)标签hpa1蛋白。
1.2 植物材料、处理和生长测量
拟南芥野生型Col0，乙烯受体突变体etr111，赤霉素合成突变体ga511和etr111 ga511双突变体都是植物防卫信号传导实验室购买或产生的。番茄品种霞飞和水稻品种IRBB10是植物防卫信号传导实验室自己保存的。
Hpa1蛋白浓度为15 μg mL?1，蛋白溶液中添加0.03 % (v/v)的Silwet37，用于浸泡种子。处理后的拟南芥种子铺于MS（Murashige and Skoog）琼脂板上，番茄和水稻种子铺于湿润的滤纸上，保湿培养。种子萌芽后种植于营养土中，10天后用Hpa1蛋白喷施一次，对照为添加0.03 % (v/v)的Silwet37的空载体表达蛋白过柱纯化液。琼脂盘和营养土上的植物培养条件为24 °C，12小时光照/12小时黑暗，湿度80%。
1.3 生理测定
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words2
引言2
1材料与方法3
1.1蛋白的准备3
1.2植物材料、处理和生长测量3
1.3生理测定3
1.4基因表达分析4
1.5药物测试4
1.6统计分析4
2结果分析4
2.1 Hpa1诱导促进植物生长4
2.2 Hpa1诱导植物生长的相关生理反应5
2.3 Hpa1增强EXP表达促进植物生长7
2.4 Hpa1增强植物生产乙烯、赤霉素8
2.5 Hpa1诱导激活乙烯信号通道9
2.6 Hpa1增强光合作用和EXP表达促进植物生长9
2.7 Hpa1处理植物赤霉素增高10
2.8乙烯和赤霉素在Hpa1增强光合作用、提高EXP表达和促进植物生长中的相
互作用10
3讨论12
致谢13
参考文献14
Harpin蛋白Hpa1诱导的促植物生长及相关生理
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
反应受乙烯和赤霉素共同调控
引言
由植物病原细菌革兰氏阴性菌产生的Harpin蛋白在很多植物品种上有多面功能，并且在过去的二十年中引起巨大关注。在转基因植物中异位表达或是外部应用于植物后，激活不同的信号通路来诱导产生不同的有利影响。为了应对Harpin蛋白,水杨酸信号通路被激活来抵抗病原菌，而脱落酸信号通路则是被诱导调节抗旱。而且，为了应对Harpin蛋白，乙烯识别信号通路分为两个不同的线路：一条用来诱导抵抗害虫，另一条用来加速植物生长。总而言之，Harpin蛋白已经被认为是植物上的多功能效应因子。
Hpa1是由水稻条斑病菌（X. oryzae pv. oryzicola, Xoc）所分泌的一种重要的病原菌蛋白，Hpa1蛋白能够在多种植物中引起不同的有益效应，本研究主要从分子和生理学水平分析Hpa1诱导植物生长增强以及促进生长相关反应的机制。在不同的植物中，Hpa1能够诱导的促生长效应已经被证实是由于激活乙烯信号通路、促进光合作用以及提高植物伸展素基因（EXP）表达，这些效应一起诱导促进植物生长。这篇文章主要研究Hpa1诱导植物生长增强以及促进生长相关反应的机制。
第一个问题是关于Hpa1同时能够促进乙烯信号通路与诱导EXP基因表达之间的功能学关联。EXP基因能够编码表达植物伸展素蛋白，这类蛋白能够使植物细胞壁特定伸展的功效，是植物中一类超级蛋白家族。这类蛋白家族作用于植物生长发育的不同方面，比如细胞生长分离、细胞壁分离、叶原基的形成以及根毛的形态发生。在不同的植物中鉴定出来的数百种EXP蛋白中，EXP1和EXP2的同源类似物已经被证实是植物生长必需的。尤其指出的是，无论是在转基因植物还是普通植物中喷施Hpa1处理时，EXP1和EXP2基因的表达量均有所提高。在转Hpa1表达的水稻品种或者外源喷施Hpa1处理的水稻中，促生长作用均与OsEXP1相关。在使用Hpa1处理的拟南芥中，AtEXP1和AtEXP2表达量比对照组拟南芥中AtEXP1和AtEXP2表达量高很多。类似的结果在茶叶中也有所研究，在用同样的Hpa1处理后EXP1、EXP10及EXP18均检测到表达量升高。以上的研究中表明，EXP基因的表达量升高，不仅与促进植物生长相关，而且还与作物产量提高有关。然而，这些研究仅仅表明乙烯信号与EXP基因表达能够同时存在，并没有充分证据表明两种反应的因果关系。尽管乙烯信号与EXP基因表达均对Hpa1有反应，但是目前为止，没有一项研究能够在两者之间建立一种机制或者生理学联系。
第二个问题是，除了乙烯外，还有其他植物激素在Hpa1诱导的促生长效应中与EXP基因表达量之间也有关联。在已经发表的研究中已经证实，生长素、乙烯和赤霉素能够通过EXP同源基因的类型及植物组织或者生长条件诱导或者抑制EXP基因表达。例如，使用外源赤霉素能诱导水稻中EXP4的表达从而促进水稻节间生长，但是，在水稻感染细条斑病时，使用外源生长素能抑制水稻EXP1的表达。在拟南芥中，生长素和乙烯能诱导EXP7和EXP8的表达从而调节拟南芥根须生长。这两种激素同样能够诱导番茄中EXP1和EXP2的表达，而且，乙烯和生长素能够通过与EXP9和EXP18的表达联系，从而抑制根系的氰胺复合物的氧化。而且，在番茄的幼茎中，赤霉素可以促进EXP9的表达，从而促进细胞伸长。显然，乙烯和生长素诱导EXP表达与植物的防卫反应和调控生长发育有关，而赤霉素诱导EXP表达与植物生长有关。因此，很有必要研究赤霉素在Hpa1诱导植物促生长反应过程中的作用。
另外一个问题是与光合作用作为植物生长和诱导Hpa1促进植物生长的根本基础有关。在拟南芥中,外部应用Hpa1会促进气体在叶肉细胞的交流或叶肉中二氧化碳的气传导率,促进二氧化碳从气孔下腔运输到叶肉细胞,因此增加净光合作用/ CO2同化率。这种生理反应严格的依赖于Hpa1加速植物的生长。然而在Hpa1促进光合作用的过程中激素是否扮演了重要的角色，到目前为止仍然是未知的。
本研究试图阐明Hpa1在表现为净光合作用效率AN （net photosynthesis，CO2 assimilation）和EXP 基因的表达中激活乙烯信号通路的功能与诱发植物加速生长反应的机制联系。与此同时，对赤霉素在这个反应中的作用也进行了分析。
1材料与方法
1.1 蛋白的准备
X. oryzae hpa1克隆到pET30a(+)，200mM咪唑纯化 (His)标签hpa1蛋白。
1.2 植物材料、处理和生长测量
拟南芥野生型Col0，乙烯受体突变体etr111，赤霉素合成突变体ga511和etr111 ga511双突变体都是植物防卫信号传导实验室购买或产生的。番茄品种霞飞和水稻品种IRBB10是植物防卫信号传导实验室自己保存的。
Hpa1蛋白浓度为15 μg mL?1，蛋白溶液中添加0.03 % (v/v)的Silwet37，用于浸泡种子。处理后的拟南芥种子铺于MS（Murashige and Skoog）琼脂板上，番茄和水稻种子铺于湿润的滤纸上，保湿培养。种子萌芽后种植于营养土中，10天后用Hpa1蛋白喷施一次，对照为添加0.03 % (v/v)的Silwet37的空载体表达蛋白过柱纯化液。琼脂盘和营养土上的植物培养条件为24 °C，12小时光照/12小时黑暗，湿度80%。
1.3 生理测定
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