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Over expression of F-Box Nictaba Promotes Defense and Anthocyanin Accumulation in Arabidopsis thaliana After Pseudomonas syringae Infection

丁香假單胞菌感染后F-Box-Nictaba的過度表達促進擬南芥的防御和花青素積累

丁香假單胞菌。番茄DC3000（Pst DC3000）是一種著名的病原菌和模式生物，用于研究植物與病原菌的相互作用和隨后的植物免疫反應。許多研究已經證明了Pst DC3000對擬南芥植物的作用，以及III型效應物是如何促進細菌毒力和致病機理的。F-Box-Nictaba（由At2g02360編碼）是一種脅迫誘導凝集素，在Pst DC3000感染后在擬南芥葉片中上調。在本研究中，優化了接種試驗，以檢查細菌感染后不同表達水平F-Box-Nictaba的轉基因擬南芥幼苗的性能。利用多光譜和熒光成像結合分子技術，研究了感染兩種毒力菌株（Pst DC3000及其鞭毛蛋白1fliC缺陷突變株）的擬南芥葉片中的疾病癥狀、F-Box Nictaba轉錄水平和疾病相關基因。對感染熒光標記Pst DC3000的植物的分析使我們能夠研究植物系之間細菌定植的差異。在感染后期，過表達植株的細菌含量降低。我們的研究結果表明，F-Box-Nictaba的過度表達可減少細菌感染后的葉片損傷，而基因敲除和基因敲除系并不比野生型植物更容易受到假單胞菌感染。與野生型和敲除型植物相比，F-Box Nictaba的過表達株系在Pst DC3000感染后花青素含量顯著增加，光系統II（Fv/Fm）效率更好，葉綠素含量更高。F-Box-Nictaba的過度表達與水楊酸（SA）相關防御基因的表達增加一致，證實了早期數據顯示F-Box-Nictaba是SA依賴性防御Pst DC3000感染的一部分。在假單胞菌感染后，敲除系對植物癥狀沒有明顯影響，表明F-BoNictaba基因之間可能存在基因冗余。

圖1.轉基因品系中的F-BoxNictaba轉錄水平

在15天齡的幼苗中對F-Box Nictaba的轉錄水平進行了量化（圖1）。過度表達系OE4和OE6顯示F-Box Nictaba的轉錄水平分別增加93倍和468倍。相反，與野生型植物相比，基因敲除系（KD）顯示F-Box-Nictaba水平下調10倍。敲除系KO2中F-Box Nictaba的轉錄水平與野生型植物沒有差異。這可能是因為引物沒有覆蓋缺失區域，但是RNA轉錄本會產生一個缺陷蛋白。

圖2.與模擬處理的植物相比，Pst DC3000 感染對接種后3天的17天齡擬南芥植物中的蓮座叢大小、光系統II效率(Fv/Fm)和葉綠素含量 (ChlIdx) 的影響

用PstDC3000感染14天大的擬南芥植物，并在接種后3天進行分析，以確定細菌感染對三種不同植物參數的影響：蓮座大小、光系統II的效率和葉綠素含量（圖 2-4）。過表達F-Box Nictaba的植物的花環明顯小于在相同條件下生長的野生型植物的花環（圖 2）。 KD和npr1-1 植物呈現相同的趨勢。相比之下，敲除系KO2和KO5產生更大的玫瑰花結。當植物被PstDC3000感染時，所研究的所有植物品系的蓮座大小都顯著減小，這是感染的一種癥狀。細菌感染后，OE4、OE6和KD植物的花環仍顯著小于WT植物的花環。

圖3、4 模擬處理和Pst DC3000接種后3天擬南芥花環的多光譜圖像

在模擬處理的和PstDC3000感染的植物中分析了花青素含量（圖3、4）。野生型和轉基因植物之間的比較分析表明，KO5、KD和npr1-1的 mARI水平低于模擬處理的野生型。在相同條件下，過表達株系的mARI值高于KD、KO2、KO5和npr1-1植物。在Pst DC3000感染后，OE4和OE6系均顯示出增加的mARI水平，而在野生型和KO2植物中降低。KD植物在模擬植物中顯示出顯著較低mARI 水平，但與OE系相似感染后花青素水平顯著高于野生型植物。但感染并沒有增加KD植物中的花青素含量。在同一株系中，模擬處理后KO株系的花青素含量低于野生型植物，但這些KO株系在感染后的 mARI水平沒有顯著變化。