图11 AtPam16突变体的抗病性分析 (Huang et al., 2013)。基因AtPAM16(即MUSE5)突变,造成mos4 snc1抗病性恢复,所以推测AtPAM16可能是一个免疫负调控因子,从表型上看,AtPam16-1 (muse5-1)与AtPam16-2(txr1-1,txr1-1是前人报道的At3g59280基因的突变体)均小于野生型,AtPam16l(At5g61880 T-DNA突变体,At5g61880编码产物与MUSE5类似)与野生型类似(a);从抗病性检测来看,结果可见图b、c。综合来看,基因AtPAM16突变引起了拟南芥的抗病性,因此AtPAM16是一个免疫负调控因子。
图12 AtPAM16作为线粒体内膜转运亚基负向调控植物免疫 (Huang et al., 2013)。正常情况下,植物发生免疫反应时,AtPAM16转运未知蛋白进入线粒体,而当AtPAM16突变后,这个未知蛋白无法全部进入线粒体,导致自免疫和ROS积累。
2.非编码基因的单碱基变异
前面伯小远讲了编码基因的单碱基变异,下面我们来看看非编码基因是否也存在单碱基变异会导致植物性状改变的例子呢。
2.1 非编码基因启动子区的单碱基变异
2018年,中国农业大学李天忠团队在The Plant Cell杂志上发表了题为“A single nucleotide polymorphism in the promoter of a hairpin RNA contributes to Alternaria leaf spot resistance in apple (Malus × domestica)”的研究论文,该研究首先鉴定了由ALT1病菌诱导的MdhpRNA277,该转录本产生两种siRNA(mdm-siR277-1和mdm-siR277-2),它们靶向苹果叶片中的五个RNL基因(MdRNL1、MdRNL2、MdRNL3、MdRNL4和MdRNL5),随后克隆并比较了苹果斑点落叶病抗病和感病品种中MdhpRNA277的启动子,发现-1186bp的motif b处存在一个单碱基突变(G-T),并且发现抗病品种是由于转录因子MdWHy不能与MdhpRNA277启动子motif b处结合导致MdhpRNA277不能正常转录,mdm-siR277-1和mdm-siR277-2不被诱导,MdRNL1/2/3/4/5表达量高,从而表现出抗苹果斑点落叶病 (Zhang et al., 2018)。
图13 mdm-siR277-1/2通过调控MdRNL1/2/3/4/5基因的表达影响苹果的ALT1易感性 (Zhang et al., 2018)。作者在感病品种GD叶片中接种ALT1,发现mdm-siR277-1/2被诱导(A),接种2h后其靶基因MdRNL1/2/3/4/5的mRNA水平相应降低(B),接着利用STTM沉默mdm-siR277-1/2(C、D),发现其靶基因MdRNL1/2/3/4/5表达量增加(E),并且发现叶片感染症状减轻(F)、感病率降低(G)。随后作者在抗病品种HF叶片中接种ALT1,发现mdm-siR277-1/2未被诱导(H),并且其靶基因MdRNL1/2/3/4/5的表达升高(I),接着在抗病品种HF中超表达MdhpRNA277后发现mdm-siR277-1/2表达升高(J),而其靶基因MdRNL1/2/3/4/5的表达降低(K),叶片感病症状加重(L)、感病率升高(M)。
图14 GD和HF中MdhpRNA277启动子的三个SNP (Zhang et al., 2018)。作者克隆了MdhpRNA277的启动子序列(1711bp),并确定了GD和HF中 MdhpRNA277启动子的三个SNP(分别位于-1506、-1186和-175bp处)。