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农药快讯:2021年第15期
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植物免疫诱抗剂ZNC抗病毒作用机理被揭示

作者:蓬勃生物 更新时间:2020-04-21 点击量:2027

植物病毒病素有“植物癌症之称。病毒的种类多,且多有混合发生,严重影响着作物的产量和品质,常常给农业生产造成严重损失。为了有效控制植物病毒病,人们采用了各种措施,包括轮作、种子脱毒、抗病品种选用、杀灭传毒介体及化学防治等,但这些措施还不能有效克服病毒病的危害,且化学农药的使用容易造成了环境污染问题。寻找和筛选天然的生物源抗病毒物质,研发能有效控制病毒且环境优化的抗病毒药剂显得尤为重要。

 

415日,山东农业大学朱常香教授课题组联合山东蓬勃生物科技有限公司在国际期刊《BMC Plant Biology》联合发表“Ultrahigh-Activity Immune Inducer from Endophytic Fungi Induces Tobacco Resistance to Virus by SA Pathway and RNA Silencing”。该文章是继山东农业大学丁新华教授课题揭示ZNC促生、抗细菌机理后的又一重要研究发现,该研究系统阐述了ZNC抗病毒作用机理。

 

研究者发现先使用ZNC对烟草叶片进行喷施后接种PVXPotato virus X)病毒(ZNCPVX),植株中病毒积累量为对照组的31.77%,发病面积和病毒积累量较对照(H2OPVX)明显减少;先接种PVX 2小时后使用ZNCPVXZNC),较对照(PVXH2O)其发病程度会适度降低。ZNC免疫诱抗剂具有较好的预防植物病毒的作用,有一定的治疗作用。同时研究者发现,ZNC免疫诱抗剂的抗病性随着使用浓度的增加而增强,但浓度超过200 ng/mL时对烟草生长产生轻微抑制。

 

 

朱常香教授表示ZNC的超高活性极其罕见!已知的可诱导植物防御反应的诱导子,如鞭毛蛋白、伸长因子、几丁质、低聚糖(如低聚半乳糖醛酸)等,起效浓度均在μg/mL(百万分之一)或mg/mL(千分之一),但本研究发现ZNC免疫诱抗剂浓度在ng/mL(十亿分之一)时即可产生极好的抗病性,且较短时间(2小时内)即可激发植物体内抗性基因的上调表达。

 

朱常香教授介绍了ZNC通过促进SA积累增强RNA沉默抗病毒。ZNC促进PAL基因表达进而诱导水杨酸(SA)生物合成,同时通过SA途径实现RNA沉默(RNA Silencing)。水杨酸(SA)是植物局部和系统获得抗性所需的防御信号,异分支酸合成酶(ICS)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)在SA合成途径中起关键性作用,通常情况下病原体侵染后可促使ICS基因的表达从而诱导SA合成引起防御反应。但本研究发现,ZNC作为RNAi的激发子介导的防御反应是通过PAL基因的表达进而诱导SA的生物合成,并促进RNA沉默,进而产生抗病性。RNA沉默是植物抵抗病毒侵染的有效途径,它可以通过降解病毒基因组从而抑制病毒复制和侵染。

 

1  水杨酸合成路径

 

2  ZNC处理2 hPAL表达量

 

朱常香教授表示,能够在天然产物中发现超高活性物质意义重大!作为一个科研工作者要逐步搞清楚ZNC内单一物质对病毒病的功效,通过对抗病毒活性组分的追踪发现单一组分,并进行分离纯化后大量制备,制备的单一组分再次验证抗病毒功能后,进行单一物质结构鉴定;单一物质的作用机理搞清楚后,抗病毒系列新产品将会被开发。2019年山东蓬勃生物提供的ZNC分离物抗病毒生测试验已经开展,目前已确定部分组分有很好的抗病毒作用。下一步,将继续和蓬勃生物加强合作,发挥课题组在抗病毒机理研究的优势和蓬勃生物分离纯化的优势,争取尽快取得突破性成果。

 

ZNC是野生植物根内内生真菌提取物,是具有超高活性的新型生物刺激素,ZNC通过促进PAL基因表达激活了SA途径并增强RNA沉默,使植物获得系统的病毒抗性。新型生物刺激素ZNC抗病毒机理的揭示为植物抗病毒产品开发提供了新思路,因影响的基因位点不同ZNC和传统抗病毒药剂混用会有更好的应用预期,预示着ZNC与传统抗病毒产品混用或可普遍提高药剂对植物病毒的防控效果。

背景介绍

RNA干扰(RNA interference, RNAi)是指在进化过程中高度保守的、由双链RNAdouble-stranded RNA, dsRNA)诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象。基因沉默(gene silencing)是指生物体中特定基因由于种种原因不表达或者是表达减少的现象,是真核生物细胞基因表达调节的一种重要手段,指的是真核生物中由双链RNA诱导的识别和清除细胞非正常RNA的一种机制。RNA干扰是转录后水平的基因沉默机制。

 

文章链接:https://doi.org/10.1186/s12870-020-02386-4

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