張明菊，朱莉，夏啟中,2

(1.黃岡師范學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)資源學(xué)院， 湖北 黃岡 438000； 2.湖北省經(jīng)濟林種質(zhì)改良與資源綜合利用重點實驗室， 湖北 黃岡 438000)

0 引言

植物是固定的，不能逃避非生物脅迫和生物脅迫(如昆蟲、真菌和細菌等).植物在其生命周期中受到一系列脅迫因素的挑戰(zhàn)，植物已進化出針對多種脅迫因子的防衛(wèi)反應(yīng)，對特定脅迫因子的防衛(wèi)反應(yīng)首先受相關(guān)植物激素的控制.除了在單一種類激素水平起關(guān)鍵作用外，不同的植物激素之間還相互作用、相互影響，使一大批基因及其調(diào)控因子在脅迫反應(yīng)中的協(xié)調(diào)補救變得容易[1].因此，為了更深入地理解防衛(wèi)反應(yīng)機制，了解不同植物激素之間交叉對話的復(fù)雜聯(lián)系就顯得尤為迫切.

植物對非生物和生物脅迫的感知啟動了多種復(fù)雜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑.一些早期信號事件包括Ca2+濃度變化、活性氧(ROS)產(chǎn)生和激酶級聯(lián)激活.胞內(nèi)Ca2+水平的提升可被充當(dāng)Ca2+感受器的Ca2+結(jié)合蛋白所探測[2].被激活的Ca2+感受器或結(jié)合到主要脅迫反應(yīng)基因的啟動子的順式因子上，或與控制這些基因的DNA結(jié)合蛋白相互作用從而激活或抑制脅迫反應(yīng)基因.Ca2+水平提升也可激活的Ca2+依賴的蛋白激酶(CDPKs)、Ca2+/鈣調(diào)蛋白激酶或磷酸水解酶，通過磷酸化或去磷酸化特異性轉(zhuǎn)錄因子，而調(diào)控脅迫反應(yīng)基因的表達[2].Ca2+還可與二級信號ROS協(xié)同起作用.快速的ROS產(chǎn)生，被稱為“氧爆發(fā)”(oxidative burst).由ROS激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)級聯(lián),再進一步激活或抑制特異性脅迫反應(yīng)相關(guān)基因的表達.植物脅迫反應(yīng)的機制極為復(fù)雜，需要激活和整合多種信號途徑以應(yīng)對外部脅迫.

植物激素有生長素(auxin)、赤霉素(GA)、細胞分裂素(CK)、脫落酸(ABA)、乙烯(ET)、水楊酸(SA)、茉莉酸(JA)、油菜素內(nèi)酯(BR)和獨腳金內(nèi)酯(SL).由于不同植物激素的復(fù)雜相互作用以及它們能控制廣泛的生理過程，因此，它們可作為介導(dǎo)植物脅迫反應(yīng)的關(guān)鍵內(nèi)源因子.而且，由于植物激素參與了防衛(wèi)反應(yīng)，其信號途徑復(fù)雜交錯使精細高效脅迫反應(yīng)的產(chǎn)生更為容易.其中， ABA、SA、JA和ET在介導(dǎo)病原菌和非生物脅迫的防衛(wèi)反應(yīng)中起主要作用[3-4].通常ABA負責(zé)植物對非生物脅迫反應(yīng)，因為諸如干旱、鹽、冷、熱激和損傷等均可啟動ABA水平的提升[5].而SA、JA和ET在生物脅迫反應(yīng)中起主要作用，因為病原菌感染植物后其水平提升了[3].最近的研究還表明ABA、SA、JA和ET與生長素、GA和CKs相互作用而影響對植物防衛(wèi)反應(yīng)的調(diào)控[3,6-7].因此，本文將就植物激素的作用，尤其是它們?nèi)绾握{(diào)控不同脅迫反應(yīng)發(fā)生交叉對話進行簡要綜述.

1 脫落酸在植物防衛(wèi)反應(yīng)中的作用

在高鹽或干旱造成的滲透壓條件下，ABA可刺激氣孔關(guān)閉、水分保持平衡和調(diào)控脅迫反應(yīng)基因表達[8].在干旱和鹽脅迫下一些ABA合成基因，如ZEP(或LOS6、AAO3、NCED3和MCSU或LOS5/ABA3)均上調(diào)表達[8]， ABA累積.ABA反應(yīng)基因啟動子上存在多個順式因子，被稱為ABA反應(yīng)因子(ABREs; PyACGTGG/TC)[9].基本亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子、ABRE結(jié)合蛋白(AREBs)/ABRE結(jié)合因子(ABFs)能結(jié)合在順式因子ABRE上，使ABA反應(yīng)基因上調(diào)表達[10].ABA介導(dǎo)的ABFs的磷酸化對ABA反應(yīng)基因的激活是必需的[10].AREB1/ABF2、AREB2/ABF4和ABF3受脫水、高鹽和ABA處理所誘導(dǎo)，超量表達這些因子的植株產(chǎn)生增強的干旱耐受性，這進一步證實了這些蛋白和ABA在非生物脅迫反應(yīng)中的重要性[4,8].

來自MYC、MYB和NAC蛋白家族的其他轉(zhuǎn)錄因子也能以ABA依賴的方式發(fā)揮作用[11-12].AtMYC2和AtMYB2轉(zhuǎn)錄因子的超量表達不僅可表現(xiàn)ABA超敏反應(yīng)，也可以增強轉(zhuǎn)基因植株對滲透壓脅迫的耐受性[12].RD26是一個脅迫誘導(dǎo)NAC轉(zhuǎn)錄因子，超量表達的RD26上調(diào)表達ABA和脅迫反應(yīng)基因[11]，并表現(xiàn)出對ABA的高度敏感性.

在滲透脅迫條件下ABA依賴的途徑在脫水反應(yīng)因子結(jié)合蛋白(DREB)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控中起重要作用[5].超量表達DREB2C的轉(zhuǎn)基因植株，表現(xiàn)出ABA超敏反應(yīng)，DREB1A、DREB2A與ABF2、DREB2C的相互作用，DREB2C與ABF3、ABF4的相互作用也證實了ABA參與了DREB轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控[13].酵母單因子雜交和免疫沉淀(ChIP)研究表明，AREB1、AREB2和ABF3結(jié)合到DREB2A啟動子3A以ABA依賴的方式激活[14].因此，ABA能十分精細地介導(dǎo)非生物脅迫防衛(wèi)反應(yīng).

2 水楊酸、茉莉酸和乙烯在植物防衛(wèi)反應(yīng)中的作用

SA、JA和ET在對不同病原菌和害蟲防衛(wèi)反應(yīng)的調(diào)控中起重要作用[3].SA通常參與了對活體營養(yǎng)型和半活體營養(yǎng)型病原菌防衛(wèi)反應(yīng)的激活[8]，而JA和ET則負責(zé)死體營養(yǎng)型病原菌和食草昆蟲的防衛(wèi)反應(yīng)的激活[8].

當(dāng)植物探測到病原菌時會啟動SA的合成.一旦在感染位點SA途徑被激活，就會啟動遠端組織的防衛(wèi)反應(yīng)以保護未受損組織.這種持續(xù)誘導(dǎo)的抗性被稱之為系統(tǒng)獲得抗性(SAR).對SA不敏感的或?qū)A累積缺陷的突變體對病原菌表現(xiàn)出嚴重的感病性.而且，在被病原菌感染的組織中SA水平的提升會導(dǎo)致病程相關(guān)蛋白基因(pathogenesis related protein, PR)的誘導(dǎo)表達，從而提升對廣普性的病原菌的抗性[8].NPR1(non-expressor of PR gene 1)是SA依賴的PR基因的激活中一個關(guān)鍵性的調(diào)控因子.SA調(diào)控NPR1去多聚化而形成活性的單體形式.單體NPR1移位于細胞核，且與TGA類bZIP轉(zhuǎn)錄因子相互作用，促使PR基因表達，啟動防衛(wèi)反應(yīng)[15].還有幾種WRKY轉(zhuǎn)錄因子在NPR1下游介導(dǎo)植物防衛(wèi)反應(yīng)中也發(fā)揮重要作用[16].

病原菌感染后JA水平的提高表明JA參與了植物的防衛(wèi)反應(yīng).而且JA信號在植物對食草動物的防衛(wèi)反應(yīng)中起重要的作用，例如毛蟲、紅蜘蛛、甲蟲和盲蝽蟓等[8].與防衛(wèi)相關(guān)的JA反應(yīng)基因表達主要受轉(zhuǎn)錄因子JIN1/MYC2(jasmonate insensitive 1/MYC2)所介導(dǎo)[16].幾個AP2/ERF家族(apetala 2/ethylene-responsive factor)也參與了JA調(diào)控的脅迫反應(yīng)[17].ERF1、ERF2、ERF5和ERF6控制JA反應(yīng)標記基因PDF1.2(PlantDefensin1.2)的表達水平且產(chǎn)生對壞死營養(yǎng)型病原菌的抗性[18].阻遏蛋白JAZ(jasmonate-jim-domin)也在JA參與的脅迫反應(yīng)中起關(guān)鍵作用[19].在JA-Ile(活性JA)缺乏的情況下，JAZ阻遏蛋白與轉(zhuǎn)錄因子JIN1/MYC2互作，抑制JA反應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控.在JA刺激下，JA-ILe結(jié)合到其受體上，該受體是一種F-box蛋白COI 1(coronatine insensitive 1)，導(dǎo)致26 s水解蛋白酶體介導(dǎo)的JAZ的降解，從而允許MYC2上調(diào)JA目標基因的表達水平[19].MYC2的Thr328殘基被磷酸化修飾，可刺激其轉(zhuǎn)錄活性[20].但修飾后的MYC2不穩(wěn)定，被植物U-box蛋白(PUB10)降解，PUB10作為一種E3連接酶[21].使MYC2容易周轉(zhuǎn)，也使被MYC2精細調(diào)控的JA反應(yīng)極其活躍.

乙烯在植物的防衛(wèi)反應(yīng)中發(fā)揮多樣化的作用[3].ERFs是脅迫反應(yīng)中乙烯信號途徑下游主要調(diào)控因子.轉(zhuǎn)錄因子EIN3(ethylene insensitive 3)可誘導(dǎo)ERF1基因表達，并激活防衛(wèi)反應(yīng)[22,23].EIN2是乙烯信號的正調(diào)控因子.在沒有乙烯存在時，CTR1(constitutive triple response)可抑制EIN2.當(dāng)乙烯被其受體ETR1(ethylene response 1)感知時，EIN2的阻遏被解除，從而激活ET信號[22-23].乙烯能與SA和JA途徑交叉對話，或起拮抗作用，或促進特定的防衛(wèi)反應(yīng).

3 生長素在植物防衛(wèi)反應(yīng)中的作用

生長素可促進Auxin /吲哚-3-乙酸(Aux / IAA)的轉(zhuǎn)錄阻遏物家族的降解.Aux / IAA蛋白與生長素應(yīng)答因子(ARF)結(jié)合并抑制特定的生長素應(yīng)答基因的轉(zhuǎn)錄[24].轉(zhuǎn)運抑制劑應(yīng)答1(TIR1)是一種與Aux / IAA蛋白相互作用的生長素受體[25-26].TIR1編碼形成Aux / IAA-的F-box蛋白.F-box蛋白可與SKP1和Cullin形成一種Aux/IAA-SCFTIR1復(fù)合物，并通過泛素/ 26S蛋白酶體途徑導(dǎo)致Aux / IAA蛋白的降解[27].為了調(diào)節(jié)植物的生長和發(fā)育，生長素可以誘導(dǎo)三組基因的表達：Aux / IAA家族、GH3家族和小生長素-上調(diào)RNA(SAUR)家族[28].GH3基因編碼IAA-酰胺基合成酶，該酶通過將過量的IAA與氨基酸結(jié)合而參與植物生長素穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)[29].植物中大多數(shù)總生長素以結(jié)合形式存在，而生長素結(jié)合物的形成是IAA激活或失活的重要調(diào)控機制之一.在病原菌感染過程中GH3.5在SA和生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起雙重調(diào)節(jié)因子的作用[30].同樣，Ding等(2008)報道GH3-8的過表達導(dǎo)致對水稻黃單孢菌(Xanthomonasoryzaepveoryzae，Xoo)的抗性增強.另外，與野生型水稻植株相比，過表達GH3-8的水稻植株積累了更高水平的結(jié)合的IAA(IAA-Asp)和降低了游離IAA的水平，且SA、JA響應(yīng)基因的表達以及SA和JA的水平降低.用Xoo感染水稻植株誘導(dǎo)了幾種IAA生物合成基因的表達，并導(dǎo)致游離IAA的積累增加.這表明GH3-8介導(dǎo)的水稻對黃單孢菌Xoo的抗性與SA和JA途徑無關(guān).Xoo誘導(dǎo)的生長素的產(chǎn)生激活了擴展蛋白(expandins)的表達，導(dǎo)致細胞壁松弛，從而有利于病原菌的生長.在對Xoo抗性的GH3-8過表達植株中，拓展蛋白基因的表達被抑制[31].這意味著通過抑制生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)來抑制expansin表達可能充當(dāng)限制水稻Xoo感染的物理屏障.用SA類似物苯并噻二唑S-甲酯(BTH)處理擬南芥植株會導(dǎo)致許多生長素響應(yīng)基因的抑制.這些基因包括植物生長素輸入蛋白AUX1、生長素輸出蛋白PIN7、生長素受體TIR1和AFB1以及植物生長素誘導(dǎo)基因SAUR和Aux / IAA基因家族[32].類似地，在誘導(dǎo)SAR后，大多數(shù)生長素誘導(dǎo)基因在系統(tǒng)組織中被抑制，即SAR反應(yīng)會涉及植物生長素響應(yīng)基因的下調(diào).但是，SA處理后游離生長素的水平?jīng)]有變化.而且，SA還抑制了生長素誘導(dǎo)型報告基因DR5:: GUS的表達. Wang等(2007)認為SA可能是通過限制下調(diào)Aux / IAA蛋白所需的生長素受體來穩(wěn)定Aux / IAA生長素阻遏物[32].

生長素的外源應(yīng)用能促進由根癌土壤桿菌(Agrobacteriumtumefaciens)、薩氏假單胞菌(Pseudomonassavastanoi)[33]和Pst DC3000[34-35]所引起的病害發(fā)生.類似地，丁香假單胞桿菌斑點致病變種(P.syringaepv.maculicola(Psm) 4326)和生長素共接種能促進擬南芥中的病害癥狀發(fā)生和病原菌生長[32].這些結(jié)果表明生長素參與植物防御反應(yīng)的減弱，阻斷生長素的反應(yīng)有利于增加植物的抗性.與野生型植物相比，對生長素不敏感的擬南芥axr2-1突變體中病原菌Psm4326的生長減慢[32].多項研究還表明，病原菌感染導(dǎo)致生長素水平失衡以及生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因表達的變化.例如，感染Pst DC3000會導(dǎo)致擬南芥中IAA水平升高[36].編碼半胱氨酸蛋白酶的細菌III型效應(yīng)子avrRpt2能夠調(diào)節(jié)宿主生長素生理狀態(tài)從而促進擬南芥中的病原菌毒性和病害的發(fā)展[35].使用微陣列進行的全基因表達分析顯示，Pst DC3000能誘導(dǎo)生長素生物合成基因表達并抑制Aux / IAA家族和生長素轉(zhuǎn)運蛋白的基因.因此，Pst DC3000激活了植物生長素的產(chǎn)生，改變了植物生長素的運輸并抑制了植物生長素的信號傳導(dǎo)，從而調(diào)節(jié)擬南芥中的生長素生理狀況[37].這表明生長素促進了植物對病害的敏感性，植物中生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的抑制可能導(dǎo)致植物抗性增強.生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的下調(diào)有助于擬南芥中免疫反應(yīng)的誘導(dǎo). 研究也顯示，擬南芥中針對生長素受體的微小RNA(miR393)的過表達，會導(dǎo)致生長素受體基因的下調(diào)，卻增加了擬南芥對Pst DC3000的抗性.相反，過表達生長素受體而激活生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，可增強擬南芥植株對Pst DC3000的敏感性[34].這些結(jié)果表明，生長素促進了對細菌性病害的感病性，生長素信號的下調(diào)是植物誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)的一部分.

Llorente等(2008)報道[38]，通過植物生長素信號組分的突變或植物生長素傳遞的干擾來阻遏植物生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)會抑制擬南芥植株對壞死營養(yǎng)型真菌黃瓜枯萎菌(Plectosphaerellacucumerina)和灰葡萄孢菌(Botrytiscinerea)的抗性.而且，感染強毒性壞死營養(yǎng)型病原菌，例如黃瓜枯萎菌(P.cucumerina)會導(dǎo)致擬南芥中生長素應(yīng)答基因的下調(diào)[38].這表明生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是調(diào)節(jié)植物對壞死營養(yǎng)型真菌反應(yīng)的重要組成部分.但是，黃瓜枯萎菌感染后生長素信號突變體中，SA和JA信號途徑的標記基因的表達沒有受到損害.這表明生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)突變體對壞死營養(yǎng)型真菌的敏感性不依賴于SA或JA介導(dǎo)的防御途徑.

病毒病原物通過操縱植物生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)組分而增強毒性并引發(fā)病害.例如，煙草花葉病毒(TMV)復(fù)制酶與Aux / IAA蛋白的相互作用會影響植物生長素應(yīng)答基因的轉(zhuǎn)錄激活并促進擬南芥和番茄中病害癥狀的發(fā)展[39-41].而且，TMV復(fù)制酶與幾種相關(guān)擬南芥Aux / IAA蛋白相互作用并破壞其核定位[40].這表明TMV可能破壞Aux / IAA功能，從而重新編程細胞環(huán)境以進行病毒復(fù)制和傳播[41].

綜上所述，生長素是激素信號網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，參與調(diào)控對各種活體營養(yǎng)型和壞死營養(yǎng)型病原菌防衛(wèi)反.生長素調(diào)節(jié)與其他激素的生物合成、分解代謝和信號途徑相關(guān)的基因的表達，并調(diào)節(jié)植物防衛(wèi)和發(fā)育反應(yīng).但生長素水平如何影響其他激素的平衡，并對不同病原菌特異性的防御反應(yīng)進行微調(diào)仍有待研究.

4 赤霉素在植物防衛(wèi)反應(yīng)中的作用

GA可通過刺激生長負調(diào)節(jié)因子的降解促進植物生長.水稻GA受體(gibberellin insensitive dwarf 1，GID1)與水稻DELLA蛋白(slender rice 1，SLR1)以GA依賴的方式相互作用. GID1與DELLA蛋白的結(jié)合導(dǎo)致DELLA蛋白通過泛素E3連接酶SCF復(fù)合物和26S蛋白酶體的泛素化和降解[42-43].GA既可由高等植物產(chǎn)生，也可由真菌和細菌產(chǎn)生[44].據(jù)推測，GA是真菌和細菌與宿主植物建立相互作用的信號因子.越來越多的證據(jù)表明，GA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)成分在植物的抗病性和易感性中起主要作用.

擬南芥中DELLA蛋白作為GA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的負調(diào)節(jié)因子，可通過調(diào)節(jié)SA和JA依賴性防御反應(yīng)來控制植物的免疫反應(yīng)[45].缺少4個DELLA基因(gai-t6，rga-t2，rgl1-1，rgl2-1)的擬南芥四倍體Della突變株對壞死營養(yǎng)型病原真菌蕓薹鏈格孢(Alternariabrassicicola)、灰葡萄孢菌(Botrytiscinerea)非常敏感，但對活體營養(yǎng)型病原菌Pst DC3000和活體營養(yǎng)型卵菌(Hyaloperonosporaarabidopsidis)顯出更強的抗性[45]).此外，受Pst DC3000攻擊的四倍體Della突變體顯示出更早且更強的SA標記基因PR-1和PR-2誘導(dǎo)，而與受攻擊的野生型植物相比，四倍體Della突變體的JA / ET標記基因PDF1.2)的表達顯著延遲.相比之下，DELLA過度積累的突變體，例如ga1-3，gai和sly1-10，則對蕓薹鏈格孢菌(Alternariabrassicicola)具有更強的抗性，但對Pst DC3000更敏感.這些結(jié)果表明，DELLA蛋白通過激活JA/ET依賴的防御反應(yīng)來增強對壞死營養(yǎng)型病原菌的抗性，而通過抑制擬南芥中SA依賴的防御反應(yīng)而表現(xiàn)出對活體營養(yǎng)型病原菌的更強的敏感性.因此，DELLA蛋白似乎整合了涉及SA和JA / ET相關(guān)的植物防御反應(yīng)途徑.由于GA刺激了DELLA蛋白的降解，因此GA可能會增強對活體營養(yǎng)型病原菌的抗性和對壞死營養(yǎng)型病原菌的敏感性.外源應(yīng)用GA增強了擬南芥對Pst DC3000的抗性和對蕓薹鏈格孢菌的敏感性.這些結(jié)果表明，GA可作為一種致病因子，促進DELLA蛋白的降解且減弱JA依賴性防御反應(yīng)并導(dǎo)致DELLA介導(dǎo)的生長抑制作用的喪失.

DELLA蛋白如何調(diào)節(jié)針對各種活體營養(yǎng)型和壞死營養(yǎng)型病原菌的防御反應(yīng)？研究表明DELLA蛋白可以促進編碼ROS解毒酶的基因的表達，從而調(diào)節(jié)生物或非生物脅迫后ROS的水平[46].與野生型植物相比，生物脅迫后della五元突變體(缺少所有5個DELLA基因)累積了更高水平的ROS，和ROS解毒酶的下調(diào)[47].因此，DELLA蛋白對各種活體營養(yǎng)型和壞死營養(yǎng)型病原菌的防御反應(yīng)的調(diào)節(jié)至少部分是通過ROS水平的控制來實現(xiàn)的.但DELLA蛋白如何調(diào)節(jié)ROS解毒酶的表達以及DELLA介導(dǎo)的ROS水平調(diào)節(jié)如何作為植物生長和脅迫響應(yīng)的調(diào)節(jié)信號仍不清楚.

研究證明受GA感知影響的突變體也會影響植物的防御反應(yīng).與野生型植株相比，GA受體缺陷的水稻的gid1突變體積累了更高的GA水平，并顯示出對稻瘟病菌Magnaporthegrisea的增強抗性[48].此外，在gid1突變體中，GA誘導(dǎo)蛋白PBZ1(probenazole inducible 1)的表達升高.由于gid1突變體積累了大量的GA和PBZ1，并顯示出對稻瘟病菌的抗性增強，因此PBZ1的積累似乎在水稻抗稻瘟病中起重要作用.這表明GA信號傳導(dǎo)成分在水稻的防御信號傳導(dǎo)中發(fā)揮作用[48].

通過GA失活酶調(diào)節(jié)生物活性GA的水平會影響植物的抗病性.一種GA失活酶可調(diào)節(jié)GA的生物活性，并參與水稻對細菌和真菌病原體的抗病性.功能喪失的eui突變體積累了高水平的GA，顯示出抗性受損，而EUI過表達植株積累了低水平的GA，并且顯示出對水稻Xoo和M.oryzae的抗性增強[49].用GA生物合成抑制劑烯效唑(uniconazole)處理的eui植株可恢復(fù)抗性，而對EUI過表達植株施用外源GA則削弱了對Xoo的抗性.這些結(jié)果表明GA在水稻的基礎(chǔ)抗病性中具有負作用.

在受水稻矮化病毒(RDV)感染的水稻植株中，GA生物合成酶—對映貝殼杉烯氧化酶(ent-kaurene oxidase)的表達受到抑制，從而導(dǎo)致矮化表型產(chǎn)生[50].RDV的P2蛋白與水稻對映貝殼杉烯氧化酶相互作用并影響GA的產(chǎn)生.受RDV感染的水稻植株顯示出GA水平顯著降低，并且用GA對受感染植株進行處理可恢復(fù)植株的正常生長表型[50].RDV感染水稻植株會導(dǎo)致發(fā)育遲緩和葉片變黑，這是GA缺陷型水稻突變體的特征.這些發(fā)現(xiàn)表明RDV調(diào)節(jié)了GA的代謝從而促進了水稻病害癥狀的發(fā)展.這表明，GA及其信號傳導(dǎo)成分在調(diào)節(jié)對各種活體營養(yǎng)型和壞死營養(yǎng)型病原菌的防御反應(yīng)中起著重要作用.然而，GAs對防御反應(yīng)的作用機制尚不清楚.

5 細胞分裂素在植物防衛(wèi)反應(yīng)中的作用

細胞分裂素(CK)參與調(diào)控了多種多樣的生理過程，包括干細胞控制，微管分化，葉綠體發(fā)生，種子發(fā)育，根、莖和花序的生長和分支，葉片衰老，營養(yǎng)平衡和脅迫耐受性，等等[51].有證據(jù)表明CK也參與了植物對某些病原菌的防御反應(yīng)的調(diào)控. CK在擬南芥中由十字花科根腫病菌(Plasmodiophorabrassicae)引起的桿狀根腫病的發(fā)展中起重要作用[52].十字花科根腫病菌(Plasmodiophorabrassicae)全基因表達分析表明，與對照植株相比，感染的擬南芥植株存在超過1 000個基因的差異表達.而且涉及細胞分裂素穩(wěn)態(tài)的基因(細胞分裂素合成酶和細胞分裂素氧化酶/脫氫酶)被強烈地下調(diào).過表達細胞分裂素氧化酶/脫氫酶的轉(zhuǎn)基因植株顯示出對十字花科根腫病菌(P.brassicae)的抗性增強，這暗示著細胞分裂素是擬南芥中根腫病癥狀發(fā)展的關(guān)鍵因子[52].然而，CK如何影響植物防御反應(yīng)的分子機制尚不清楚.研究已經(jīng)證明帶化紅球菌(Rhodococcusfascians)的感染可調(diào)節(jié)擬南芥中細胞分裂素代謝[53].根癌農(nóng)桿菌(Agrobactiumtumefaciens)通過將關(guān)鍵酶發(fā)送到宿主植株的質(zhì)體中以促進腫瘤發(fā)生而修飾CK的生物合成[54].擬南芥中抗性(R)蛋白的組成性激活通過CK的積累表現(xiàn)出形態(tài)學(xué)缺陷，這表明CK途徑參與了一些R蛋白介導(dǎo)的防衛(wèi)反應(yīng)[55].

6 植物防衛(wèi)反應(yīng)中激素的交叉對話

ABA、SA、JA和ET信號途徑在不同節(jié)點相互作用，以調(diào)控植物的防衛(wèi)反應(yīng)，例如激素反應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子.然而在脅迫條件下適當(dāng)防衛(wèi)反應(yīng)的關(guān)鍵特性是整株植物適應(yīng)和維持生長.因此ABA、SA、JA和ET與主要生長促進激素，如生長素、GAs和CKs等相互作用在介導(dǎo)植物脅迫反應(yīng)中起重要作用.植物應(yīng)對不同脅迫條件而激活的防衛(wèi)反應(yīng)依賴于不同激素信號途徑之間的交叉對話，而不是僅依靠單種激素的作用.GAs和ABA之間的相互作用由DELLAs所介導(dǎo)，可調(diào)控種子休眠和萌發(fā)之間的平衡，是植物規(guī)避早期非生物脅迫條件的關(guān)鍵機制，對此機制詳細的探討將有助于對參與介導(dǎo)脅迫反應(yīng)的激素交叉對話復(fù)雜性的更深入理解.由于SA和JA拮抗地調(diào)控生物脅迫反應(yīng)，SA和JA信號途徑在不同節(jié)點交叉對話[3,8,56].SA和JA這種拮抗關(guān)系首先在西紅柿中報道，阿司匹林是一種乙酰水楊酸類藥物，JA相關(guān)的損傷反應(yīng)受阿司匹林的抑制[8,56].NPR1是SA和JA作用中的一個關(guān)鍵因子.SA對JA反應(yīng)基因如LOX2(lipoxygenase2)和VSP(vegetativestorageprotein)和PDF1.2等等的抑制作用在npr1突變體植株中可被消除[8,23,56].

WRKY70轉(zhuǎn)錄因子是介導(dǎo)SA和JA兩種激素拮抗作用的另一個關(guān)鍵組分.WRKY70的超量表達會導(dǎo)致SA反應(yīng)基因的組成性表達，同時，也引起JA反應(yīng)基因PDF1.2的表達阻遏[57].擬南芥mpk4(MAPkinase4) 敲出突變表現(xiàn)出組成性的SAR抗性和更高的PR基因的表達水平，但JA反應(yīng)基因(PDF1.2和THI2.1)的表達水平下降[8](圖1).盡管大多數(shù)研究證實了SA和JA之間存在拮抗作用，但在低濃度SA和JA的情況下，也觀察到二者之間的協(xié)同作用，可同時誘導(dǎo)兩種防衛(wèi)反應(yīng)發(fā)生[8,57].

與SA和JA之間主要拮抗作用相對比，JA和ET在病原菌感染后協(xié)同調(diào)控防衛(wèi)反應(yīng)相關(guān)基因.JA和ET途徑都可誘導(dǎo)/穩(wěn)定EIN3，因而對根冠發(fā)育和對死體營養(yǎng)型病原菌的抗性表現(xiàn)出協(xié)同作用[23,58].JA和ET之間的協(xié)同作用可以引起西紅柿損傷反應(yīng)的編碼蛋白酶抑制劑基因的誘導(dǎo)表達[1,23,59].JA和ET對激活ERF1表達和隨后PR基因的激活也是必需的[59].對擬南芥的研究表明JA和ET信號途徑也能對昆蟲和食草動物攻擊起拮抗作用.JA激活的MYC2可與ET穩(wěn)定EIN3相互作用，且抑制其下游功能.相反，EIN3可抑制MYC2，從而抑制JA調(diào)控的對食草動物的防衛(wèi)反應(yīng)[59].而且ET可與ABA交叉對話而產(chǎn)生非生物脅迫反應(yīng)，DREBs屬于ERF轉(zhuǎn)錄因子家族，該家族受ET誘導(dǎo).同時，ET通過抑制ABA的合成、促進ABA的失活而下調(diào)ABA的積累，同時還對ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生負控作用從而拮抗ABA，解除種子休眠和促進萌發(fā)[60].

生長素可調(diào)控植物的發(fā)育.但它們在脅迫反應(yīng)中也發(fā)揮了作用.生長素和乙烯一同調(diào)控植物根部發(fā)育和結(jié)構(gòu)建成，這是側(cè)根形成的關(guān)鍵方面[23,61].乙烯對側(cè)根形成的正控和對不定根形成的負控是通過調(diào)節(jié)生長素運輸實現(xiàn)的，這為生長素和乙烯在修飾根結(jié)構(gòu)建成中交叉對話提供了實例[23,61].而且，用一種SA類似物，BTH (benzothiadiazole S-methyl ester，苯并噻二唑S-甲酯)可使一些生長素反應(yīng)基因表達受到抑制.水楊酸(SA)信號抑制TIR1/AFB(transportinhibitorresistant1)/(auxinsignalingF-BOX) 基因的表達，從而導(dǎo)致生長素阻遏蛋白AUX/IAA的穩(wěn)定因而抑制生長素反應(yīng)[62](圖1).大多數(shù)生長素反應(yīng)基因在SAR誘導(dǎo)后被抑制，這表明生長素促進了感病性，增強的抗病性則必定會抑制生長素信號.總之，生長素也充當(dāng)了調(diào)控防衛(wèi)反應(yīng)的激素信號網(wǎng)絡(luò)的一個重要負控組分.

圖1 植物激素信號網(wǎng)絡(luò)及其在脅迫反應(yīng)中的交叉對話概述 ABA、SA、JA和ET是脅迫反應(yīng)的主要參與者.ABA主要調(diào)節(jié)滲透壓，SA、JA和ET控制生物脅迫反應(yīng)，ABA和GA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相互作用，與DELLAs作為交叉對話節(jié)點，以影響種子休眠和萌發(fā)之間的平衡.SA和JA途徑受到幾種轉(zhuǎn)錄因子的拮抗調(diào)控.JA-ET協(xié)同交叉對話.生長素、GA和CKs通過SA信號通路參與生物脅迫反應(yīng).CKs也與ABA發(fā)生交叉對話，并在干旱和鹽堿脅迫響應(yīng)中起作用.箭頭表示正調(diào)控(轉(zhuǎn)錄物，蛋白質(zhì)或激素的積累)，短線段表示負調(diào)控(縮寫符號參見正文)

CKs在生物脅迫反應(yīng)中的作用已在一些研究中得到了證實[62-64].細胞分裂素水平穩(wěn)定的轉(zhuǎn)基因擬南芥植株表現(xiàn)出對半活體營養(yǎng)型病原菌油菜黃萎病菌(Verticilliumlongisporum)感染增強的抗性[63].CKs也可與SA信號級聯(lián)交叉對話而調(diào)控植物的防衛(wèi)反應(yīng).例如，細胞分裂素激活轉(zhuǎn)錄因子ARR2(arabidopsis response regulator 2)，ARR2為一種B型ARR，與bZIP類轉(zhuǎn)錄因子TGA3相互作用，以NPR1依賴的方式啟動SA防衛(wèi)反應(yīng)[64].同樣，SA和CKs之間協(xié)同作用以一種OsNPR1和WRKY45依賴的方式增強水稻對稻瘟病(Magnaportheoryzae)的抗性[65].

外源ABA的應(yīng)用會導(dǎo)致異戊烯轉(zhuǎn)移酶基因(一種細胞分裂素生物合成基因)的表達抑制[66].當(dāng)用ABA處理時，大多數(shù)細胞分裂素氧化酶也會被抑制.同樣對擬南芥組蛋白激酶(AHKs)功能獲得和喪失研究表明，AHK1作為細胞分裂素的受體，可充當(dāng)干旱或高鹽反應(yīng)和ABA信號的負控因子，而AHK2和AHK3也負控滲透壓反應(yīng)和ABA信號[67].擬南芥組蛋白磷酸轉(zhuǎn)移酶蛋白AHP2、AHP3和AHP5負控干旱脅迫反應(yīng)，因為這3個AHPs基因的功能喪失會導(dǎo)致ABA反應(yīng)基因的上調(diào)表達，從而產(chǎn)生強烈的干旱耐受表型[7](圖1).

7 DELLAs通過GA-ABA交叉對話調(diào)節(jié)種子中早期防衛(wèi)反應(yīng)

種子休眠是一種適應(yīng)性性狀，可延遲種子萌發(fā)直到環(huán)境條件對生存有利為止，是植物種子階段對非生物脅迫的首要的防衛(wèi)反應(yīng).休眠由ABA維持，在植物胚胎發(fā)生期間，ABA水平上升，并在成熟種子中處于較高水平[8].ABA通過阻止胚細胞壁變松弛而抑制水分吸收，降低胚的生長勢[8].ABA還引起一種基本亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子ABI5(abscisic acid insensitive 5)的累積，ABI5可通過招募LEA基因(late embryogenesis abundant) 而引起生長停滯，LEA基因的產(chǎn)物有利于增強對嚴酷環(huán)境條件下胚的滲透壓耐受性[8,68].

ABA的阻遏作用可被赤霉素解除.GA是在植物生長發(fā)育中具有突出作用的一類植物激素.當(dāng)光、溫度和濕度等有利條件具備時，GA可促進成熟種子的萌發(fā).種子萌發(fā)起始于水分的吸收，停止于胚根的出現(xiàn)[69].GA生物合成和反應(yīng)途徑在種子吸水時就被激活，導(dǎo)致活性GA的增加.這些增加的GA可誘導(dǎo)編碼一些酶的基因表達，如，內(nèi)切β-1,3葡聚糖酶、β-1,4甘露聚糖酶等，它們可以水解胚乳并解除ABA對胚生長的抑制作用[8,69].ABA與GA二者起拮抗作用的關(guān)系，有利的環(huán)境條件引起種子高GA和低ABA水平，反之不利的環(huán)境條件引起高ABA和低GA水平.因此，GA與ABA的交叉對話調(diào)控著種子休眠和萌發(fā)之間的平衡，作為一種重要機制便于植物回避早期非生物脅迫條件.

一些GA信號組分已通過遺傳學(xué)研究被鑒定出來了[69].GA信號的正控因子，其突變體表現(xiàn)出典型的變矮表型，且葉片變小，葉色深綠，花期延遲，產(chǎn)量下降，不萌發(fā)或發(fā)芽率很低.其中包括水稻dwarf1(d1)[70]，GA-insensitivedwarf2(gid2)[71]和擬南芥(sly1)[72].GA信號也受一類阻遏物的負控，該類阻遏物被稱為DELLA蛋白，屬于GRAS家族的轉(zhuǎn)錄因子.這些DELLA蛋白作為GAs和ABA的整合器啟動相關(guān)信號途徑[73].DELLA蛋白具高度保守的N-末端DELLA模體，可以調(diào)節(jié)GA反應(yīng)[74].單個DELLA蛋白出現(xiàn)在水稻和大麥中，分別命名為SLR1(SLENDER RICE1)和SLN1(SLENDER1)，其作用是抑制這些物種的GA反應(yīng)的各個方面[8].擬南芥中鑒定出的5種DELLA蛋白即GAI(GA INSENSITIVE)、RGA(REPRESSOR OF GA1-3)、RGL1(RGA-LIKE1)、RGL2和RGL3[73-74].在脅迫條件下， DELLAs的這種生長抑制功能有助于通過將有限的資源用于防御反應(yīng)來提高生存率.其中，RGA和GAI是莖伸長的主要阻遏因子[72,75]，RGA、RGL1和RGL2損害花的發(fā)育[76-77]，而RGL2還是種子萌發(fā)的主要阻遏因子，且其功能還被GAI、RGA和RGL1所強化.RGL2敲除能挽救GAs生物合成突變體gal-3的萌發(fā)缺陷，即使沒有外源GAs存在時，也能模擬野生型的萌發(fā)特性.因此RGL2被認為是GA誘導(dǎo)打破種子休眠過程中需要被激活的主要DELLA蛋白[78].GA信號的感知導(dǎo)致通過26S蛋白酶體途徑對DELLA的降解清除從而啟動種子萌發(fā)[79].除了GA外，RGL2也參與了ABA信號途徑.RGL2可刺激XERICO的表達，XERICO基因編碼RING-H2因子，可提升外源ABA水平和ABI5活性，尤其是在在低GAs水平的條件下[80].同時ABA也能增強RGL2的表達[81].在已吸水的休眠種子中，高水平ABA需要RGL2的持續(xù)表達[81].相對比，非休眠種子在吸脹后僅瞬時表達RGL2從而能萌發(fā).因此，很可能RGL2通過整合GA和ABA信號途徑而控制種子萌發(fā).研究還發(fā)現(xiàn)RGL2上調(diào)MFT(MOTHEROFFTANDTFL1)表達，MFT基因編碼一種磷脂酰乙醇胺結(jié)合蛋白，通過形成一種未知的復(fù)合體結(jié)合到其啟動子區(qū)域上[82].MFT基因的表達還直接受ABI3和ABI5控制，其中ABI3作為阻遏物而ABI5作為激活子.同時MFT還直接抑制ABI5而提供一個ABA信號負向反饋調(diào)控.因此，MFT是種子萌發(fā)過程中RGL2下游ABA和GA信號的一個控制節(jié)點[3](圖1).研究還表明SPT(SPATULA)轉(zhuǎn)錄因子可通過調(diào)控ABI4、ABI5、RGA、RGL3和MFT的表達而驅(qū)動“休眠抑制”和“休眠激活”路徑[83].因此，GA和ABA是控制種子休眠和萌發(fā)之間精細平衡的關(guān)鍵植物激素，為植物防衛(wèi)反應(yīng)提供了初始水平.

GA和JA途徑的交叉對話也是通過DELLA蛋白實現(xiàn)的.DELLAs能與JAZ1相互作用，JAZ1是JA信號途徑的一個關(guān)鍵阻遏物，可阻遏JAZ1的轉(zhuǎn)錄[84].例如，JA信號可誘導(dǎo)RGL3的表達，而RGL3與MYC2可競爭結(jié)合于JAZ1和JAZ8上[85].因此，RGL3正控JA介導(dǎo)的對死體營養(yǎng)型病原菌和半活體營養(yǎng)型病原菌的抗性.通過干擾GAs介導(dǎo)的DELLAs蛋白的降解，JA優(yōu)先選擇防衛(wèi)反應(yīng)途徑而不是生長相關(guān)途徑[1,86].在缺失GAI、RGA、RGL1和RGL2蛋白的四倍體擬南芥突變體中，JA/ET依賴的標記基因PDF1.2的誘導(dǎo)延遲，且對死體營養(yǎng)型病原菌更為感病，這一結(jié)果展現(xiàn)了JA、ET之間另一種交叉對話[6].由于SA和JA/ET起拮抗作用，因此，SA依賴的PR1、PR2轉(zhuǎn)錄物在感染四倍體DELLA突變種大量誘導(dǎo)且產(chǎn)生對半活體營養(yǎng)型病原菌的抗性[6].

GA也與其他幾種植物激素之間交叉對話而控制脅迫反應(yīng)中植物的生長和發(fā)育.DELLAs可整合ET信號激活高鹽耐受性[23,54].與野生型相比，四倍體DELLAs突變體幼苗的根的生長，受到高鹽的更少的抑制，這暗示著高鹽可通過DELLAs依賴的機制延緩生長.高鹽激活的ET信號通過增強DELLAs的功能而貢獻高鹽耐受性.通過CTR1依賴的ET反應(yīng)途徑與DELLAs交叉對話發(fā)生在EIN3的下游[23,54].同樣冷激誘導(dǎo)的CBF1/DREB1b對冷激的耐受性產(chǎn)生貢獻并通過累積DELLAs而減慢生長，其中CBF1/DREB1b是AP2/EREB的一個成員[55].因此在鹽脅迫和冷脅迫反應(yīng)途徑中GA都能通過DELLAs蛋白發(fā)揮作用，并顯示出與ET信號的重要交叉對話.

8 結(jié)論與展望

植物利用復(fù)雜信號途徑應(yīng)對脅迫反應(yīng).除了其他一些小分子，如Ca2+和ROS外，在感知生物和非生物脅迫后，植物激素可啟動特異性信號級聯(lián).幾種主要激素水平的波動變化如ABA、ET、SA和JA作為對脅迫的早期反應(yīng)，會影響代謝過程，導(dǎo)致植物生長模式的改變.植物復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)和發(fā)生不同激素信號途徑的精細的交叉對話，有助于整合不同脅迫信號輸入，使植物對其產(chǎn)生合適的反應(yīng).生長反應(yīng)的調(diào)整和對脅迫抗性水平的提升對植物的生存至關(guān)重要.

多種不同植物信號相互作用在控制不同生長和發(fā)育過程中相當(dāng)普遍.植物可在不同節(jié)點控制激素的作用，如通過控制某種給定植物激素的生物合成，或通過修飾激素分子的利用庫或通過精細地控制信號過程,等等.多種受體即信號中間物的存在(如細胞分裂素信號中有20多種反應(yīng)調(diào)控因子，生長素信號中20多種AUX/IAA基因，JA信號中相接的中間物數(shù)目)表明植物激素作用的強烈的多效性之后有多重起作用的分子,將對大量的信號中間物之間的交叉對話復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)有更新的認識[1,23,56-57].因此，揭示不同激素在調(diào)整脅迫下生長的交叉對話機制是未來非生物脅迫研究領(lǐng)域的重要課題.對植物激素作用在合適發(fā)育階段和合適組織器官的控制將是理解和脅迫抗性工程化改良方面具有吸引力的方向.