外源褪黑素介导抗氧化和苯丙烷代谢提高燕麦叶斑病抗性的研究

doi:10.11686/cyxb2023426

摘要/Abstract

摘要：

为探究外源褪黑素对燕麦抗叶斑病的诱导效应及诱导抗病机理，本研究以‘牧乐思’燕麦品种为试验材料，叶面喷施不同浓度褪黑素（0、10、100、250、500和1000 μmol·L^-1）后接种燕麦徳氏霉病原菌，以未接种病原菌为对照，接种病原菌9 d后统计病情指数和采集叶片测定抗氧化系统、苯丙烷代谢相关生理指标和相关酶基因相对表达量。结果表明，叶斑病明显抑制燕麦生长，喷施不同浓度褪黑素后叶斑病病情指数明显降低，其中100 μmol·L^-1褪黑素处理下病原菌体外诱导效率、过氧化氢酶、苯丙氨酸解氨酶活性和抗坏血酸过氧化物酶基因表达量最高，分别高于只接种病原菌处理50.72%、80.32%、3.88%和148.00%；250 μmol·L^-1褪黑素处理下超氧阴离子产生速率和丙二醛含量最低，分别低于只接种病原菌处理28.27%和86.62%，超氧化物歧化酶、过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶、肉桂酸-4-羟化酶、4-香豆酸∶辅酶A连接酶活性、木质素、总酚、类黄酮含量和超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、苯丙氨酸解氨酶、4-香豆酸∶辅酶A连接酶、肉桂酸-4-羟化酶基因表达量最高，分别高于只接种病原菌处理128.23%、137.14%、74.00%、52.65%、26.73%、1.40%、10.33%、13.70%、352.56%、80.32%、65.71%、26.65%、52.65%和20.11%；500 μmol·L^-1褪黑素处理下过氧化氢含量最低，低于只接种病原菌处理75.45%，叶绿素含量最高，高于只接种病原菌处理81.35%。综合各项指标结果，筛选出最适诱导浓度为250 μmol·L^-1，试验结果可为燕麦防治叶斑病提供新途径。

关键词: 燕麦, 褪黑素, 诱导抗病性, 叶斑病

Abstract:

The aim of this work was to determine how exogenous melatonin affects the resistance of oat （Avena sativa） to leaf spot disease caused by the pathogen Drechslera avenae. Seedlings of the oat cultivar ‘Molasses’ were subjected to foliar spraying with melatonin （0， 10， 100， 250， 500， and 1000 μmol·L^-1） followed by inoculation with the pathogen. At 9 days after inoculation， the disease index was calculated， and physiological indicators and the transcript levels of genes related to the antioxidant system and phenylpropanoid metabolism were determined. The results showed that leaf spot disease significantly inhibited oat plant growth， but the disease index was significantly decreased when melatonin was applied. The degree to which the disease index was decreased differed depending on the melatonin concentration. The in vitro induction efficiency of the pathogen， the activities of catalase and phenylalanine ammonia lyase， and the transcript level of the gene encoding ascorbate peroxidase were highest in the 100 μmol·L^-1 melatonin treatment， and were 50.72%， 80.32%， 3.88%， and 148.00% higher than their respective values in the control. The lowest superoxide anion production rate and malondialdehyde content were in the 250 μmol·L^-1 melatonin treatment， and were 28.27% and 86.62% lower than their respective values in the control. Compared with the control， in the 250 μmol·L^-1 melatonin treatment， the activities of superoxide dismutase， peroxidase， ascorbate peroxidase， cinnamic acid-4-hydroxylase， and 4-coumaric acid∶CoA ligase were increased by 128.23%， 137.14%， 74.00%， 52.65%， and 26.73%， respectively； the contents of lignin， total phenols， and flavonoids were increased by 1.40%， 10.33%， and 13.70%， respectively， and the transcript levels of genes encoding superoxide dismutase， peroxidase， catalase， phenylalanine ammonia lyase， 4-coumaric acid∶CoA ligase， and cinnamic acid-4-hydroxylase were increased by 352.56%， 80.32%， 65.71%， 26.65%， 52.65%， and 20.11%， respectively. Seedlings treated with 500 μmol·L^-1 melatonin showed the lowest hydrogen peroxide content （75.45% lower than that in the control） and the highest chlorophyll content （81.35% higher than that in the control）. According to the above results， the best concentration of melatonin for inducing resistance to leaf spot in oat plants is 250 μmol·L^-1. The results of this study demonstrate a new approach for the control of leaf spot disease in oat.

Key words: oat, melatonin, induced disease resistance, leaf spot

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图/表 10

表1 引物设计

Table 1 The qRT-PCR primer design

引物Primer	上游引物Upstream primer	下游引物Downstream primer
超氧化物歧化酶SOD	TGTCGATCGGGCAGATGATG	CCCCACCACCAGGTTTCATT
过氧化物酶POD	AACGTGCAGAACCCGATCAT	AGCGGTAGTCCCTCTGATGT
过氧化氢酶CAT	CGGAGTCCCTCCACATGTTC	TTGACGTAGTGGGACTTGCC
抗坏血酸过氧化物酶APX	TTGTCGCTCTATCTGGTGGC	AGCCCCTCAGATTCTCCCTT
苯丙氨酸解氨酶PAL	CTATCGATCTGCGCCACCTT	TGTGATTGGTGCTCAGGGTC
4-香豆酸∶辅酶A连接酶4CL	AGGATGCTGCTGTCGTATCG	TGCGACGAACTGCTTGATCT
肉桂酸-4-羟化酶C4H	AACTACGGCGACTTCATCCC	TCCTTGAAGAGCTTGAGGCG
肌动蛋白基因The actin gene	GAGCGGGAAATTGTAAGGGAC	ATGGATGGCTGGAAGAGGAC

图1 外源褪黑素对病原菌生长的影响不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05）。下同。The different lowercase letters represent significant differences among different treatments （P<0.05）. The same below.

Fig.1 The effect of exogenous melatonin on the growth of pathogenic bacteria

图2 外源褪黑素影响病原菌生长情况

Fig.2 The effect of exogenous melatonin on the growth of pathogenic bacteria

图3 外源褪黑素诱导燕麦苗期抗叶斑病效果

Fig.3 Effect of exogenous melatonin induced resistance to leaf spot disease in oat seedlings

图4 外源褪黑素对燕麦苗期接种病原菌后叶片病情指数和叶绿素含量的影响

Fig.4 The effect of exogenous melatonin on the disease index and chlorophyll content of oat leaves after inoculation with pathogenic bacteria during the seedling stage

图5 外源褪黑素对燕麦幼苗接种病原菌后叶片H2O2含量、O2·-产生速率和丙二醛含量的影响

Fig.5 Effects of exogenous melatonin on H2O2 content， superoxide anion production rate， and malondialdehyde content in leaves of oat seedlings inoculated with pathogenic bacteria

图6 外源褪黑素对燕麦幼苗接种病原菌后叶片抗氧化酶活性的影响SOD： superoxide dismutase； POD： peroxidase； CAT： catalase； APX： aseorbate peroxidase.

Fig.6 Effect of exogenous melatonin on antioxidant enzyme activity in oat seedlings after inoculation with pathogenic bacteria

图7 外源褪黑素对燕麦苗期接种病原菌后叶片苯丙烷代谢相关酶活性的影响PAL： phenylalnine ammonialyase； C4H： cinnamic acid-4-hydroxylase； 4CL： 4-conumarate∶CoA ligase.

Fig.7 Effect of exogenous melatonin on the activity of phenylpropanoid metabolism related enzymes in oat leaves after inoculation with pathogenic bacteria during seedling stage

图8 外源褪黑素对燕麦苗期接种病原菌后叶片木质素、总酚和类黄酮含量的影响

Fig.8 The effect of exogenous melatonin on the lignin， total phenol， and flavonoid content of oat leaves after inoculation with pathogenic bacteria during the seedling stage

图9 外源褪黑素对燕麦苗期接种病原菌后叶片酶基因相对表达量的影响

Fig.9 The effect of exogenous melatonin on the relative expression of enzyme genes in oat leaves after inoculation with pathogenic bacteria during the seedling stage

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