本氏烟半胱氨酸蛋白酶基因家族特征及其在TMV侵染中的功能

摘要：

[目的]明确抗病毒化合物氯吲哚酰肼(chloroinconazide,CHI)诱导的本氏烟(Nicotiana benthamiana)半胱氨酸蛋白酶(cysteine proteinase,CP)在烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus,TMV)侵染过程中的作用及其基因家族特征,为理解茄科作物抗病毒分子机制及化学调控提供理论依据.[方法]利用全基因组策略,从茄科作物基因组数据库Sol Genomics Network中检索获得本氏烟NbCP的全家族基因序列,利用生物信息学分析NbCP基因家族的进化关系、Motif基序及启动子顺式作用元件.根据生物信息分析结果,利用实时荧光定量PCR技术分析TMV侵染后NbCP基因的表达,以此筛选出潜在抗病蛋白.使用烟草脆裂病毒(tobacco rattle virus,TRV)介导的基因沉默技术和马铃薯X病毒(potato virus X,PVX)介导的基因过表达技术验证该关键蛋白对TMV-GFP侵染的影响,结合实时荧光定量PCR手段探索该关键蛋白的抗病毒机制.[结果]NbCP家族共有24个成员,根据其染色体定位命名为NbCP1—NbCP24.进化关系分析表明NbCP分成5个亚家族,其中Group V含有7个NbCP,而Group I仅含2个NbCP;Motif分析表明不同分支NbCP具有相似的motif分布;启动子顺式作用元件分析表明NbCP家族基因受光调控,并且多个NbCP家族基因启动子含有茉莉酸甲酯、水杨酸甲酯、脱落酸、赤霉素和生长素等激素响应元件.结合生物信息学分析,从上述各个亚家族中分别筛选1个关键潜在抗病相关NbCP基因(NbCP8、NbCP12、NbCP13、NbCP18、NbCP22),并利用实时荧光定量PCR技术分析上述基因在TMV侵染第5天的表达,发现NbCP8表达差异性最大,上升了2.6倍,NbCP8在叶中的表达量最高,其次是茎和根,在花中的表达量最低.TRV介导的NbCP8沉默能显著增加TMV-GFP的侵染,而PVX介导的NbCP8过表达能显著抑制TMV-GFP侵染,表明NbCP8作为植物正调控因子抑制病毒侵染.沉默NbCP8显著抑制了水杨酸信号途径相关基因PR1以及茉莉酸信号途径相关基因MYC2的表达,但对NPR1、COI1以及脱落酸信号途径相关基因ABA1和NCED1的表达无显著影响;而过表达NbCP8则显著提高了PR1以及ABA1的表达,但对NPR1、MYC2、COI1和NCED1的表达无显著影响.[结论]本氏烟NbCP参与了植物胁迫防御,其中NbCP8在抗TMV防御中起显著作用,其分子机制是通过诱导水杨酸信号途径参与抗病防御,研究结果可为茄科作物抗病毒的分子机制提供证据.

关键词：本氏烟、全基因组、半胱氨酸蛋白酶、NbCP8、烟草花叶病毒

所属期刊栏目：55

分类号：Q943.2;Q789;S881.26

资助基金：国家自然科学基金;中国烟草总公司重庆公司科技项目;中国烟草总公司重庆公司科技项目;中国烟草总公司重庆公司科技项目;广西中烟工业有限责任公司项目;国家级大学生创新创业训练计划项目

在线出版日期：2023-01-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共15页

页码：4196-4210