园艺学报 ›› 2024, Vol. 51 ›› Issue (5): 956-970.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2023-0273
周慧珍, 张嘉, 胡军华*(), 李白雪, 曹立, 余歆, 王福生, 邹修平, 周彦
收稿日期:
2024-01-03
修回日期:
2024-05-09
出版日期:
2024-05-25
发布日期:
2024-05-29
通讯作者:
* (E-mail:hujunhua@cric.cn)
基金资助:
ZHOU Huizhen, ZHANG Jia, HU Junhua*(), LI Baixue, CAO Li, YU Xin, WANG Fusheng, ZOU Xiuping, ZHOU Yan
Received:
2024-01-03
Revised:
2024-05-09
Published:
2024-05-25
Online:
2024-05-29
Contact:
* (E-mail:hujunhua@cric.cn)
摘要:
本研究旨在探究柑橘BAG1参与褐斑病菌(Alternaria alternata)侵染的调控机制。从‘秤砣红橘’(Citrus tangerina Hort.ex Tanaka)、‘宫本温州蜜柑’(C. unshiu Macf)、‘爱媛38’杂柑(C. reticulata Blanco)和‘金秋砂糖橘’(C. reticulata Blanco)叶片中扩增BAG1基因。BAG1蛋白相对保守,均具有Ubiquitin泛素结构域和BAG结构域,‘爱媛38’的BAG结构域存在3个新的氨基酸变动,导致侧链基团变动。上游启动子序列显示4个柑橘品种均包含相同的激素和胁迫相关顺式作用元件。系统分析显示4个柑橘品种与宽皮柑橘类BAG1蛋白聚为一支,相似度最高,与甜橙类、柚类亲缘关系较远。qRT-PCR显示在褐斑病菌THJ菌株侵染的抗、感品种上BAG1的表达差异显著。BAG1受外源MeJA、ABA和SA诱导上调表达。烟草亚细胞定位显示BAG1存在于细胞核和细胞膜中。BAG1沉默能够增强对A. alternata的抗性,过表达对A. alternata的抗性降低。表明BAG1通过参与活性氧激发和ABA、JA或SA信号途径,参与柑橘对褐斑病菌的调控。
周慧珍, 张嘉, 胡军华, 李白雪, 曹立, 余歆, 王福生, 邹修平, 周彦. 柑橘感染褐斑病过程中BAG1的作用[J]. 园艺学报, 2024, 51(5): 956-970.
ZHOU Huizhen, ZHANG Jia, HU Junhua, LI Baixue, CAO Li, YU Xin, WANG Fusheng, ZOU Xiuping, ZHOU Yan. The Role of BAG1 in the Infection of Citrus with Alternaria Brown Spot[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2024, 51(5): 956-970.
名称 Name | 上游引物序列(5′-3′) Forward primer sequence | 下游引物序列(5′-3′) Reverse primer sequence |
---|---|---|
CiBAG1 | ATGCTTTCATTGGCAAGAAGC | TCAATCAAAAGTTTCCCATTTTG |
qCiBAG1 | TAACCGAGAAAGACGGTGCC | TCCGTAACCTGCTGAGCAAA |
TRV-BAG1 | GCTCTAGAGCGGAAATTAGGCCTGGAGGAATG | CGAGCTCGCCAAATCCGTAACCTGCTGAGC |
PLGN-BAG1 | CCCCGGGGATGCTTTCATTGGCAAGAAGC | CGGAATTCCGTCAATCAAAAGTTTCCCATTTTG |
PCX-BAG1 | GCGTCGACGCATGCTTTCATTGGCAAGAAGC | CCCCGGGGTCAATCAAAAGTTTCCCA TTTTG |
TRV1 | TTGGGTTGCTACTGATTCGACT | CTGTAAGGACCATCATACTTCGC |
TRV2 | ATTCACTGGGAGATGATACGCT | GAATCTAAGTCCACTCGTCCGT |
QiBAG1 | GCATGAGACAATTGCTTCATATGG | CCCTTAAAGCCTTCGAGTGG |
Actin | GCCTTCCGTCTTGGGTCT | AGGGCGGTGATTTCCTT |
NtPR1 | CCGCCTTCCCTCAACTCAAC | GCACAACCAAGACGTACTGAG |
NtPR2 | AGGTGTTTGCTATGGAATGC | TCTGTACCCACCATCTTGC |
NtPR4 | GGCCAAGATTCCTGTGGTAGAT | CACTGTTGTTTGAGTTCCTGTTCCT |
NtActin | ACCAGATTAATGAGCCCAAGAG | CCAACAGGGACAGTACCAATAC |
CiNPR1 | GGCCTTTCCCTATAGGCGTT | AAATCAACAGCCGGCCTACA |
CiICS | ATTGATTGGCTCCATGCCCA | TGAGCTTTGGCCATTACCGT |
CiPDF1.2 | CAGTGGCAGAAGCAAAACAA | CCGGGGAAGTCGTAGTGGC |
CiLOX | GCATCCTTTCTTGATCGGTTTC | GGCAGGCTCGCCATGA |
CiAOC | AGATCGTGGCAGTCCAGCTT | GCTAAAAGGGACAAGATCACCAA |
CiAOS | GCTATACACTCCTCGGGTTCGA | TGAAATGGAGGCGGTGATC |
CiJAR1 | GCACCATCAGGCATCAGACA | CAATGCGTTGAGTGTGCGTT |
CiPOD | GACAGCAGAACAGCCAACAGG | GTTCGGCACTGAGCCCTTC |
CiSOD | TGGAAGGGCTGTTGTAGTCC | ATGATGCCGCAAGCTACTCT |
CiCAT | GTCTCAATGTGA GGCCAAGC | TAGGTGTCGGGAGCTTCTCT |
Plant actin | CATCCCTCAGCACCTTCC | CCAACCTTAGCACTTCTCC |
表1 本研究中的引物信息
Table 1 Information of primers in this study
名称 Name | 上游引物序列(5′-3′) Forward primer sequence | 下游引物序列(5′-3′) Reverse primer sequence |
---|---|---|
CiBAG1 | ATGCTTTCATTGGCAAGAAGC | TCAATCAAAAGTTTCCCATTTTG |
qCiBAG1 | TAACCGAGAAAGACGGTGCC | TCCGTAACCTGCTGAGCAAA |
TRV-BAG1 | GCTCTAGAGCGGAAATTAGGCCTGGAGGAATG | CGAGCTCGCCAAATCCGTAACCTGCTGAGC |
PLGN-BAG1 | CCCCGGGGATGCTTTCATTGGCAAGAAGC | CGGAATTCCGTCAATCAAAAGTTTCCCATTTTG |
PCX-BAG1 | GCGTCGACGCATGCTTTCATTGGCAAGAAGC | CCCCGGGGTCAATCAAAAGTTTCCCA TTTTG |
TRV1 | TTGGGTTGCTACTGATTCGACT | CTGTAAGGACCATCATACTTCGC |
TRV2 | ATTCACTGGGAGATGATACGCT | GAATCTAAGTCCACTCGTCCGT |
QiBAG1 | GCATGAGACAATTGCTTCATATGG | CCCTTAAAGCCTTCGAGTGG |
Actin | GCCTTCCGTCTTGGGTCT | AGGGCGGTGATTTCCTT |
NtPR1 | CCGCCTTCCCTCAACTCAAC | GCACAACCAAGACGTACTGAG |
NtPR2 | AGGTGTTTGCTATGGAATGC | TCTGTACCCACCATCTTGC |
NtPR4 | GGCCAAGATTCCTGTGGTAGAT | CACTGTTGTTTGAGTTCCTGTTCCT |
NtActin | ACCAGATTAATGAGCCCAAGAG | CCAACAGGGACAGTACCAATAC |
CiNPR1 | GGCCTTTCCCTATAGGCGTT | AAATCAACAGCCGGCCTACA |
CiICS | ATTGATTGGCTCCATGCCCA | TGAGCTTTGGCCATTACCGT |
CiPDF1.2 | CAGTGGCAGAAGCAAAACAA | CCGGGGAAGTCGTAGTGGC |
CiLOX | GCATCCTTTCTTGATCGGTTTC | GGCAGGCTCGCCATGA |
CiAOC | AGATCGTGGCAGTCCAGCTT | GCTAAAAGGGACAAGATCACCAA |
CiAOS | GCTATACACTCCTCGGGTTCGA | TGAAATGGAGGCGGTGATC |
CiJAR1 | GCACCATCAGGCATCAGACA | CAATGCGTTGAGTGTGCGTT |
CiPOD | GACAGCAGAACAGCCAACAGG | GTTCGGCACTGAGCCCTTC |
CiSOD | TGGAAGGGCTGTTGTAGTCC | ATGATGCCGCAAGCTACTCT |
CiCAT | GTCTCAATGTGA GGCCAAGC | TAGGTGTCGGGAGCTTCTCT |
Plant actin | CATCCCTCAGCACCTTCC | CCAACCTTAGCACTTCTCC |
图1 柑橘5个品种BAG1与拟南芥BAG1的多重序列比较 Ci:克里曼丁;H:红橘;a:爱媛38;J:金秋砂糖橘;G:宫本;At:拟南芥。三角上为在Hsp70/ Hsc70蛋白结合中高度保守关键残基。
Fig. 1 Comparison of multiple sequences of BAG1 in five citrus cultivars with Arabidopsis BAG1 Ci:Lementina;H:Hongju;a:Ehime 38;J:Jinqiu Shatangju;G:Miyagawa;At:Arabidopsis. On the triangle are key residues that are highly conserved in Hsp70/Hsc70 protein binding.
功能 Function | 顺式元件 cis-Element | 序列 Sequence | 数量 Number | ||
---|---|---|---|---|---|
参与脱落酸响应Involved in the abscisic acid responsiveness | ABRE | ACGTG | 2 | ||
赤霉素响应Gibberellin-responsive element | GARE-motif | TCTGTTG | 1 | ||
厌氧诱导元件Essential for the anaerobic induction | ARE | AAACCA | 2 | ||
厌氧特异性诱导Involved in anoxic specific inducibility | GC-motif | CCCCCG | 1 | ||
干旱诱导性MYB binding site involved in drought-inducibility | MBS | CAACTG | 1 | ||
参与低温响应Involved in low-temperature responsiveness | LTR | CCGAAA | 1 | ||
部分光响应Part of a light responsive element | Box 4 | ATTAAT | 2 | ||
AE-box | AGAAACTT | 3 | |||
TCT-motif | TCTTAC | 4 | |||
LS7 | CAGATTTATTTTTA | 1 | |||
I-box | TGATAATGT | 1 | |||
ACE | CTAACGTATT | 1 | |||
GT1-motif | GGTTAA | 1 | |||
G-Box | CACGTT | 2 |
表2 CiBAG1上游2 000 bp启动子区列顺式作用元件预测
Table 2 The cis-acting elements prediction of the upstream 2 000 bp promoter region of CiBAG1
功能 Function | 顺式元件 cis-Element | 序列 Sequence | 数量 Number | ||
---|---|---|---|---|---|
参与脱落酸响应Involved in the abscisic acid responsiveness | ABRE | ACGTG | 2 | ||
赤霉素响应Gibberellin-responsive element | GARE-motif | TCTGTTG | 1 | ||
厌氧诱导元件Essential for the anaerobic induction | ARE | AAACCA | 2 | ||
厌氧特异性诱导Involved in anoxic specific inducibility | GC-motif | CCCCCG | 1 | ||
干旱诱导性MYB binding site involved in drought-inducibility | MBS | CAACTG | 1 | ||
参与低温响应Involved in low-temperature responsiveness | LTR | CCGAAA | 1 | ||
部分光响应Part of a light responsive element | Box 4 | ATTAAT | 2 | ||
AE-box | AGAAACTT | 3 | |||
TCT-motif | TCTTAC | 4 | |||
LS7 | CAGATTTATTTTTA | 1 | |||
I-box | TGATAATGT | 1 | |||
ACE | CTAACGTATT | 1 | |||
GT1-motif | GGTTAA | 1 | |||
G-Box | CACGTT | 2 |
图3 褐斑病菌THJ菌株诱导下‘红橘’和‘宫本’BAG1的表达模式 * 表示差异显著(P < 0.05);*** 表示差异非常显著(P < 0.001)。
Fig. 3 The expression pattern of BAG1 in‘Hongju’and‘Miyagawa’at different time points after Alternaria alternata srain THJ infection * indicates significant difference(P < 0.05),*** indicates very significant difference(P < 0.001).
图4 在植物生长调节剂胁迫下‘红橘’BAG1的表达模式 * 表示差异显著(P < 0.05);** 表示差异极显著(P < 0.01);*** 表示差异非常显著(P < 0.001)。
Fig. 4 The expression pattern of BAG1 gene in‘Hongju’under plant growth regulators stress * indicates significant difference(P < 0.05),** indicates extremely significant difference(P < 0.01),*** indicates very significant difference(P < 0.001).
图5 ‘红橘’BAG1基因的VIGS瞬时沉默 a:BAG1基因相对表达量;b:Alternaria alternata 菌株THJ接种沉默株(pTRV2-BAG1-1/2/3)和对照株的症状;c:病斑直径。* 表示差异显著(P < 0.05);** 表示差异极显著(P < 0.01)。
Fig. 5 ‘Hongju’VIGS transient silence a:BAG1 gene expression of control and silenced plants;b:Symptoms of control and silenced plants(pTRV2-BAG1-1/2/3)inoculated with A. alternata strain THJ;c:Average disease spot diameter of control and silenced plants after A. alternata inoculation. * indicates significant difference(P < 0.05);** indicates extremely significant difference(P < 0.01).
图6 ‘红橘’瞬时过表达株BAG1表达量(a)及其接种THJ菌株后的表型(b)、病斑直径(c)和相关基因表达量(d) WT:野生型;PLGN:阴性对照;PLGN-BAG1:过表达植株。ns表示差异不显著;* 表示差异显著(P < 0.05);** 表示差异极显著(P < 0.01)。
Fig. 6 The expression level of BAG1(a)and the phenotype after inoculation with THJ strain(b),spot diameter(c)and related gene expression of‘Hongju’transient overexpression strain(d) WT:Wild-type;PLGN:Negative control;PLGN-BAG1:Overexpressed strain. ns indicates no significant difference;* indicates significant difference(P < 0.05);** indicates extremely significant difference(P < 0.01).
图7 瞬时过表达BAG1的烟草叶片基因表达量测定和染色观察 a:BAG1的表达量;b:Alternaria alternata看家基因Actin的表达量;c:A. alternata接种前后病程相关蛋白基因的相对表达量;d:染色观察。PCX用含有PCX空载的农杆菌侵染,PCX-BAG1用携带BAG1的PCX重组载体农杆菌侵染。(ⅰ):叶片注射部位;(ⅱ):注射3 d后二氨基联苯胺染色(DAB);(ⅲ):注射3 d后台盼蓝染色(TPB)。* P < 0.05;*** P < 0.001。
Fig. 7 Gene expression determination and staining observation of transient overexpression of BAG1 in tobacco leaves a:Expression analysis of BAG1 in Nicotiana benthamiana(tobacco)leaves;b:Quantification of A. alternata biomass in BAG1 transgenic tobacco leaves;c:Relative expression of pathogensis related protein genes in empty vector(PCX)and BAG1 overexpressed tobacco before and after inoculation of A. alternata;d:Staining observation. PCX,infiltrated with Agrobacterium containing empty vector(PCX). PCX-BAG1,infiltrated with Agrobacterium harboring recombinant plasmid(PCX-BAG1). (ⅰ):Leaf injection site;(ⅱ):Diaminobenzidine staining (DAB)of tobacco leaves three days after infiltration;(ⅲ):Typan blue staining(TPB)of tobacco leaves three days after infiltration. * P < 0.05;*** P < 0.01.
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