PAD4基因在植物抗性方面的作用

李庆亮+李捷+胡增丽

摘 要：PAD4（pHYTOALEXIN DEFICIENT4）編码一个核质蛋白，它的序列与脂肪酶类似。属于水杨酸信号途径的上游基因，其在植物抗病虫以及植物衰老方面均起着重要的作用，本方综述了PAD4在植物防御昆虫尤其是刺吸式昆虫方面的研究进展。

关键词：PAD4；植物抗性

中图分类号：S-3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170431004

1 PAD4基因的发现

PAD4是在通过寻找突变体植株对脱毒的十字花科黑斑病菌（Pseudomonas syringae pv.maculicola）增强了感病性基因时被首次发现[1]，同时被RPP2和RPP4介导的植物对寄生疫霉；（Phytophthora parasitica）所需要[2]。在病原菌具有感性表型的pad4突变体植物减少了抗毒素、植保素以及信号分子水杨酸（salicylic acid，SA）的积累[2，3]。因此PAD4是SA防御信号途径中对SA的积累起到调控作用，但是它在R基因介导的抗性中的位置还不是很清楚[3]。

2 EDS1和PAD4基因的关系

EDS1（ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY1）和PAD4同时编码脂类蛋白[4， 5]。更进一步得是在外源喷施SA后导致了EDS1和PAD4的大量表达[4， 5]。通过分析eds1和pad4突变体植株发现EDS1和PAD4都是植物防御病原菌反应所必须的，虽然它们都属于R基因序列，但是它们在防御途径中起着截然不同的作用。EDS1是植物过敏反应所必需的，而EDS1和PAD4同时被植物防御信号分子SA所必需的。此外，EDS1和PAD4是由抗性基因（R）基因介导的触发性免疫反应中的重要调节剂[6， 7]。EDS1是PAD4积累所必需的，然而在PAD4突变体或者减少了SA只是部分减少了EDS1的表达。酵母所杂交分析EDS1和PAD4一块起作用[7， 8]。PAD4通过与EDS1的相互作用而稳定[6-9]，并且EDS1-PAD4复合物需要PAD4反馈调节增加病原菌感染的组织中的SA积累[7]。推测EDS1有2个功能，第一在植物早期的防御反应所需要，独立于PAD4；EDS1和PAD4协作放大了PAD4的防御[6]。

3 PAD4在抗病过程中的作用

在研究当中，已经明确表明PAD4和EDS1都是作为依赖SA防御反应的调控子[3， 4]。发现拟南芥植株在被致病的 P.syringae DC3000.处理后的eds1-2和pad4-2突变体严重阻碍了SA的积累，这表明EDS1和PAD4调节SA积累的作用被RPS4介导的抗性所需要[6]。

在R基因介导得抗性反应中都需要EDS1和PAD4的积累，eds1和pad4突变体表型是完全不同的。eds1突变体植株没有能表达过敏反应，对P.parasitica的侵染表现出较强的感性，pad4突变体植株保留了过敏反应，表现出中等感性。但是pad4突变体的HR没能完全的抑制病原物的侵染，推断野生型的植株中EDS1和PAD4在防御途径中有着截然不同的作用[6]。EDS1在特定种类的抗性中起着决定性的作用，然而PAD4负责加强这种原始的抗性反应。这种理论被另一个研究所证实，EDS1与过敏反应的氧激发有关，而不是PAD4[10]。

Zhou et al. （1998）证明当植株被致毒得P.syringae pv. maculicola侵染后PAD4是调节SA积累的重要因子。在依赖EDS1的R基因激活的反应中PAD4负责提供SA，在这个途径中PAD4的重要功能是积极的调节SA的积累。PAD4除了调节SA的积累，还有其它的防御功能[8]。

4 PAD4在抗虫方面的作用

刺吸昆虫特别是韧皮部取食昆虫，由于取食过程对植物造成伤害较小激活的植物防御信号途径与咀嚼式昆虫不同一般为SA信号途径[11]。

PAD4控制了植物防御信号的合成，这些信号包括酚类分子SA以及吲哚衍生植保素，对蔓延性植物病毒有抗性[2，3，5，12]。PAD4防御与早期的衰老有关，同时会伴随着韧皮部的防御机制[13，14]。EPG研究表明PAD4具有antixenotic 的功能，蚜虫与PAD4植株上相比在对照植株上花费较多的时间（增加了35s）进行取食 [14]。Pegadaraju（2005，2007）结果表明PAD4对蚜虫的防御有抗生性，同时发现PAD4对蚜虫有不选择性[13， 14]。

PAD4作为SA上游基因，SA合成需要PAD4，在沉默了PAD4后可能会对SA含量造成影响，那么PAD4在防御蚜虫的过程中是否依赖SA途径。Pegadaraju（2005）野生型拟南芥和pad4-突变体拟南芥上接种桃蚜，2d后pad4-1突变体上的蚜虫数量多于野生型植株[13]。同样的，比较了野生型拟南芥与过量表达的PAD4植株上蚜虫的数量，发现野生型植株上蚜虫的数量明显多于过表达PAD4的转基因植株，这表明PAD4在防御桃蚜过程中起着重要的作用。同时比较了野生型和nahG（抑制SA合成的基因）拟南芥上桃蚜的数量，发现两者的蚜虫数量没有明显差异[8]。另外在ssi2突变体（导致SA积累较高浓度）拟南芥上桃蚜数量明显少于野生型，这表明了较高SA浓度在ssi2相关的对GPA的抗性中不是很重要[12]。

在叶片中PAD4对病原物的抗性与EDS1密切相关[9]。EDS1在桃蚜为害的拟南芥上相对没有比被为害的植株积累的多。蚜虫在pad4突变体上蚜虫数量比野生植株多。但是在eds1 RNAi 植株相对与植株来看桃蚜的数量没有差异，发现EDS1对防御GPA没有重要的作用[14]。

但是对B型烟粉虱没有特效[15]。通过比较pad4突变体和野生型的寄主对银叶粉虱的表现，发现在这两种植物上B型烟粉虱的表现没有明显的差异。

參考文献

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