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一个诱导子隔绝Sporisoriun scitamineum繁殖木质部邻近血管包之间的桥梁甘蔗叶

*通信:

韦森特C组细胞相互作用在植物的共生,学院生物学、Complutense大学,28040年马德里,西班牙,
电话:+ 34 914 52 04 00;电子邮件:cvicente@bio.ucm.e

文摘

感染的化学模拟的甘蔗叶污迹(Sporisorium scitamineum),使用一个诱导子从日益孤立真菌菌丝体,引起增加木质化的石细胞和木质部的模式元素。的诱导子进入植物的组织同样引起的生产和分泌粘液物质,可能糖蛋白,被视为防御的主要反应。此外,诱导子引起的厚度的增加周围的石细胞的细胞壁木质化的韧皮部束以及中期和小木质部血管。诱导子处理后,横向包的外观,从中期出生木质部元素第一次被描述。虽然这些横包也发生在未受感染的植物,长度达成的新的差异化木质部组织在横向发展,以及他们的数量和复杂性,诱导子治疗后似乎高于观察健康的植物。可能封锁的木质部元素越来越多的菌丝体或过度的分泌聚合物是可以预防的数量增加横向木质部旁路血管之间相邻的包。

关键字

蔗糖officinarum;Sporisorium scitamineum;防御;真菌诱导子;木质化;横向包;石细胞;木质部

介绍

色情是一个主要的疾病甘蔗引起的Sporisorium scitamineum(辛迪·)。Piepenbr和Oberw (黑粉菌属scitamineaSydow和Sydow)。孢子的萌发是达到湿表面的节间,其次是附着胞的形成,主要在年轻的爆发的内在规模和基地产生的叶子1]。疫情发生的分生组织中的条目6 - 36 h冬孢子后沉积在表面(2]。增长的病原体,它已经渗透到组织的主机,进行所有的部分被感染的植物,但尤其是在薄壁组织的细胞下的节间、感染的网站。在节间、菌丝的生长结尾鞭子的形成与冬孢子(孢子堆)。菌丝不渗透细胞的叶子(3- - - - - -19),因此,内暴发大声包括规模叶子可以避免感染。据报道,真菌菌丝在远轴的发展smut-infected叶子的表皮敏感巴巴多斯的简历,渗透的是通过气孔打开。然而,在其他情况下,真菌菌丝能够打破积极层表皮细胞,结合酶攻击和机械压力来源于通过胞间菌丝的生长发展空间在底层叶肉组织(20.- - - - - -26]。许多薄壁组织的细胞由黑穗病入侵及其细胞壁破碎通过积极进展菌丝。粘液生产完整的薄壁组织的破坏细胞存在许多真菌孢子(17]。

原油诱导子,准备美国scitamineum菌丝体,再现了一些疾病的症状特征。例如,它与苯丙氨酸解氨酶诱发高值活动没有自由hydroxycinnamic酸积累和适度高一些氧化物酶活性值,主要在抗性品种(10),这两种酶与木质素生物合成有关。诱导子是提取真菌菌丝体和热压处理过的120°C,根据由Mc Ghie描述et al。(20.]类似的产生的激发子Pachymetra chaunorhiza。煤尘的原油诱导子被分开在几个活跃的分数由蛋白和糖蛋白,虽然最活跃的部分苯丙氨酸氨裂解酶和过氧化物酶活动的感应似乎只由蛋白质。煤尘诱导子也引发一些结构性变化对植物的外观。孵化的叶与病原体产生的诱导子光盘美国scitamineum增加厚度的皮下层石细胞的细胞壁木质化的,或对接细胞,以及那些围绕韧皮纤维,中期和小木质部血管。这些事实被解释为一个可能的反应的机械防御植物妨碍或推迟病原体的潜在入口(1,26]。

在本文中,我们试图在这种结构性深化防御反应,给予特别注意修改的木质部的治疗真菌诱导子生产甘蔗耐Mayari 55-14简历。

材料和方法

植物材料

六个仅有几个月的野外生长的植物蔗糖officinaruml,cv. Mayari 55-14 were used throughout this study. Plants were developed from agamic seeds and cultured on soil in the Real Jardín Botánico Alfonso XIII (Complutense University, Madrid). Seeds were planted in April on clay soil mixed with 25% sand (w/w), and fertilized with nitrogen (150 kg ha¹),磷(75公斤公顷¹ha)和钾(120公斤¹在种植)。植物被种植在孤立的温室,5月至10月在250μmol的光强度²年代¹白光的光周期14 h, 90%的相对湿度,每天浇水(17]。

诱导子准备

冬孢子的美国scitamineum(20毫克干重)隔绝鞭子收集从42231年患病的巴巴多斯植物研究所的实验作物甘蔗调查(印加)马坦萨斯,古巴。收集到的冬孢子在200毫升无菌莉莉和孵化Barnett介质(18在38°C) 5天。菌丝形成是收获,用蒸馏水洗净,轻轻用滤纸干,体重和地面的细粉液氮(3.6 g湿重)。25毫升的粉提取10毫米Tris-HCl, pH值8.8。离心后(5000 g×10分钟在4°C), 20毫升的80% (v / v)甲醇添加到颗粒的混合物动摇了4 h 38°C。离心后,颗粒和5毫升甲醇洗一次,干下气流2 h。干颗粒与10毫米洗磷酸盐缓冲剂,pH值6.8,然后resuspended 25毫升的提取缓冲区,热压处理过的(30分钟。120°C)和recentrifuged。被用来引出得到上清液甘蔗叶子。

治疗甘蔗与色情诱导子叶子

二十的光盘甘蔗叶子(总鲜重约0.5克),从树叶的中央区域获得3和4的六种不同的植物,在茎上的中间位置,是漂浮在板块中15毫升10毫米磷酸盐缓冲剂,pH值6.8,含有4% (v / v)为2 h isopropylic酒精在黑暗中37°C。此后,0.5毫升的诱导子的解决方案是添加到盘子和孵化在黑暗中进一步6 h (10]。控制实验诱导子的缺失。三个复制使用叶样本不同的秸秆。

光学显微镜

叶圆盘切成10μm-thick部分使用冷冻切片机。部分沾0.5% (v / v) toluidin蓝色在70% (v / v)乙醇8或者在1.5% (w / v) saphranin 50% (v / v)乙醇和0.5% (w / v)阿尔新蓝在90% (v / v)乙醇2分钟(15)为了观察叶片结构的完整性。木质化的结构(主要是厚壁组织和木质部船只)可视化使用间苯三酚/盐酸(PGH)测试。一夜之间,部分被孵化的溶液1% (w / v)间苯三酚在无水甲醇。水合氯醛进一步清除组织的孵化后,部分是安装在几滴浓盐酸和盖玻片覆盖27- - - - - -33]。彩色部分观察立即使用蔡司60 invertoscope配备CCD摄像头捕捉图像使用取景器Lite程序。10分钟后,木质化的结构出现樱桃红橙色,但颜色褪色在2 - 4小时(34]。

扫描电子显微镜

超微结构的甘蔗离开了传统的扫描电子显微镜(SEM)。样品固定在2%戊二醛(v / v)在0.1 M磷酸盐缓冲剂,pH值7.2,你找找四氧化锇,水洗,在丙酮脱水,临界点干燥,sputter-coated用金/钯和在20 kV SEM扫描[32]使用JEOL地产6400(日本)。数字图像是通过使用一个印加(牛津)计划合并的设备(17]。

透射电子显微镜法

超微结构的TEM分析是由软化最近准备叶圆盘苯酚:醋酸混合(1:1 v / v)为3天,然后酒精系列的材料脱水和固定为2.5% (v / v)戊二醛在米隆(美国EMS,哈特菲尔德,PA)缓冲区,pH值7.3 [22]6 h,洗在同一个缓冲区和你找找1%四氧化锇和3%的混合铁氰化钾(1:1)为2 h。组织在一系列丙酮脱水和嵌入在环氧树脂- 812树脂(美国EMS,哈特菲尔德,PA)在70°C(3天27]。超薄部分(600)得到一个OmU-2 Reichert-Jung ultratome(维也纳,奥地利)检查Jeol 1010电子显微镜(日本东京)。

结果

SEM可视化的横截面甘蔗健康叶展示了古典安排的细胞,它定义了C4物种(图。1)。Bulliform细胞发生在板的美国officinarum。这些薄壁细胞单子叶植物,砖型的大小是类似于表皮细胞,表皮局限于近轴的(图。1)。外部paraclinal bulliform的墙细胞比普通薄表皮细胞,根据由费雷拉描述吗et al。(11]。在干燥条件下,bulliform细胞失去水迅速通过他们薄墙和崩溃。这个结果在一个向上和向内滚动的叶,从而保护过度的蒸散的叶子。Bulliforms细胞获得他们的最大大小从叶纺锤波(叶子展开后4]。

进行组织发现在圆形椭圆形的叶肉组织细胞(图1 b。)。three-sized类的包是由细胞:大,后生木质部船只,中小,前两个菱形椭圆形的,而作为一个规则,小类型,而圆。木质部由打开管或血管与较小的和更厚的围墙元素有关。大束的叶通常是两个大血管与小血管。小束的木质部由只有少数大型的船只(14]。大型船只是不规则的形状,有相对厚墙(图1 c。)。每个容器成立而不是单个细胞的一系列细长的细胞,其内容和结束墙壁已经消失了。狭窄的后生木质部要么梯状的容器元素(图1 c。)或简单的穿孔板。原生木质部early-formed元素环形增厚而形成末元素与逐步收紧线圈斜壁增厚壁增厚(图1 d。)。

可视化的TEM维管束

观察维管束鞘细胞坚持更外围韧皮部和木质部元素以及纤维块(石细胞),强化这两种类型的血管元素之间的空间。韧皮部元素显示了一个未分化的内容以及一些筛盘连接两个连续的元素。木质部元素是空的,最外围的显示在牢房墙上裂缝,它们完全不设法穿孔,附近的纤维(图。2)。

光盘的实验性治疗年轻的甘蔗叶诱导子的隔绝美国scitamineum有效地激发,因为它被描述之前(25),增加的厚度韧皮部束周围的石细胞的细胞壁木质化的(3数据。和3 c)以及中期和小木质部船只(图3 b。)。

然而,一个新的事实在此描述:横向的外观从中期出生木质部元素的包,一个事实之前没有观察到黑穗病感染植物(数字3 d。)。光学显微镜观察的横截面甘蔗叶子从健康的植物和那些处理煤尘诱导子透露,这些横包也发生在未受感染的植物(4位数。和4 b)。

他们甚至出现后生木质部末元素明显的梯状穿孔板。相同的横向包观察横截面的甘蔗叶处理诱导子,在这种情况下,长度达成的木质部元素横向发展,以及他们的数量和复杂性;似乎高于观察健康植物(4 c数据。和4 d)。这些连接代表一个真正的,中间带木质部分化分支,试图连接两个不同的维管束,分离的空间,通过新的差异化木质部组织根据横向增长模式。平行脉运行松针的长度也通过非常小的横向连接间隔静脉(7),类似于那些观察到(图4 b。和4 d)。大血管供应水迅速在整个板,从基础到小费,而小静脉分布在本地,慢慢一切广泛的叶子。

维管束是两束鞘(包围着图。5 bb和5 f)显示agranal叶绿体(3]。胞间连丝穿过chlorenchymatous束鞘的城墙细胞和mestome-sheath细胞(图5 e。)根据所述Robinson-Beer和翻转23]。许多薄壁组织的细胞被色情在巴巴多斯简历入侵。对黑穗病,敏感。其中的一些细胞被发现与他们的积极进展菌丝细胞壁破碎。生产粘液很明显在叶肉,大型和复杂的菌丝体包完全摧毁了薄壁组织的细胞。健康叶片没有入侵者代理或其诱导子和超微结构的损伤没有被观察到。然而,真菌菌丝和孢子积极入侵薄壁组织的内部细胞在受感染的植物。他们中的许多人是被完全摧毁。然而,从Mayari叶和芽的简历。,defined as resistant to smut, suffered the invasion by the真菌菌丝体的模式分布类似于简历的描述。巴巴多斯(31日),但没有观察到细胞内渗透。

如其他禾本科植物家庭(29日辛格,筛的元素甘蔗很容易被他们的特点原生质体含有光电子致密蛋白质的夹杂物(图5 d。),而伴细胞原生质体含有更稠密,差异化的细胞器。只有对接细胞5位数。- - - - - -5度)和围绕韧皮部纤维(数字5 d。- - - - - -5 f)显著增加木质化的细胞壁的厚度,如前所述,在增强cynnamoyl酒精和syringyl乙醇脱氢酶活动(26]。对接细胞皮下层石细胞,与导电包(9]。

然而,导电细胞的维管束,维管束鞘细胞周围,当叶圆盘孵化色情诱导子,是部分填充纤维材料(图6 c。和6 d),粘液性质的可能,类似描述感染敏感品种(17]。这种材料没有出现在控制组织没有任何以前的治疗6位数。和6 b)。然而,离开了chemical-simulated感染后潜伏期与煤尘诱导子在缺乏一个有效的接种的冬孢子或感染性孢子虫。因此,这种松散的网络中(图6。)可能是由植物组织本身作为一个反应诱导子的摄入。

连接包木质部船只通过横桥(5)可以通过SEM观察,使用纵向的树叶。在(图。7)后期的矢状切面后生木质部维管束鞘包围细胞可以观察到,三孔线对应的开始或进入横包。可以观察到的放大(图7 b。)。也可以观察到类似横包在纵向的树叶与治疗真菌诱导子(图7 c。)而起飞的横向包的一些中期元素后生木质部中可以看到的放大图7 d。)以及一些更多的寄宿生韧皮部船只,在减少无关地打破。

讨论

形态和生理变化的植物甘蔗黑穗病感染后都进行了广泛的研究(26,31日,35]。他们主要是靠增加石细胞和对接的木质化模式细胞(1,26)(图。2和5)和密集的粘液的外观(图6。),入侵叶片叶肉和木质部的一些元素,这样工厂可以接受进步的干燥。也许,这种材料组成甘蔗糖蛋白,由parenchimatous细胞的植物13),包含一个复杂、分支多糖基,描述为主要化学反应疾病(21,24]。这个观察证实,应该由Koeck et al。16]相对于植物免疫力。他们假设,在植物感染,病原体可以合成和分泌效应蛋白(等),其中一些被转移到植物细胞溶质,他们可能会改变主机响应入侵的病原体。在一个不成功的感染,如实现抗性品种,病原体效应器增强植物的免疫系统和编排受感染的组织的重组阻止病原体的生长和发育。

摘要感染植物的抗性品种我55-14模拟治疗一个孤立和纯化激发子美国scitamineum文化(25]。这个模拟的感染的主要症状是增加数量的木质化的横向包连接平行木质部元素(图。3和4)。这些横向包发生在未受感染的植物以及其他像草的植物,如玉米(28),或一些手掌(12),但组织的诱导子增加其在治疗植物叶子。这是非常不同的传统木质部船之间建立连接的梯状坑领域形成了阶梯状穿孔在二级邻近的血管壁上,由坑分离膜,主要细胞壁和中产的残余薄片(29日- - - - - -35]。

结论

这些横向扩展的生物学意义可以很容易地解释道。长,宽血管减少阻力,增加水的运输效率12]。另一方面,扩展包容器之间的关系可能是一个故障安全系统,以避免拘留的木质部内的水流(图。7),由致病原的积累,其胞外产品或栓塞,唱歌和Budhraja [30.木质部的索赔玉米植物。因此,它将是一个新的尝试保护品种抗黑穗病,试图避免干燥的叶子木质部血管的阻塞,造成疾病的结果。这将有助于维护叶水状态,改变合成的可溶性糖蛋白作为植物的防御反应(13,19]。

确认

本文支持格兰特UCM(西班牙),GR3/14数量。

引用

1. 阿拉B,圣地亚哥R,韦森特C, et al .的木质化的组织结构变化甘蔗树叶引起煤尘(Sporisorium scitamineum)诱导子。J生命科学。2012;6:287 - 300。
2. 亚历山大KC, Ramakrishnan k .感染的花蕾,建立主机和生产的鞭子甘蔗黑粉菌孢子(黑粉菌属scitaminea)的甘蔗。Proc实习生Soc甘蔗抛光工艺。1980;17:1452-55。
3. 桦树RG,帕蒂尔党卫军,阻止了叶绿体分化的关系甘蔗叶烫伤的疾病。植物病理学。1983;73:1368 - 74。
4. Bowes BG。一个颜色阿特拉斯的植物结构。曼森出版社,伦敦,1996年。
5. Brodersen CR, Choat B,小城堡DS, et al。木质部船继电器导致径向连接在葡萄藤茎(葡萄和诉arizonica;葡萄科)。点。j .机器人。2013;100:314 - 321。
6. Carlquist美国比较木材解剖学:系统,双子叶植物的生态和进化方面木头。斯普林格出版社,柏林.2001。
7. Choat B,穆恩一家R,尹浩然,Mc呆子。水运动的植物。叶静脉结构和解剖。:植物在行动,eds。由B.J. Atwell P.K. Kriedemann C.G.N.特恩布尔。麦克米伦教育澳大利亚企业有限公司、墨尔本、电子版本。
8. 克拉克g染色程序,第四版。威廉姆斯和威尔金斯,巴尔的摩,1981年。
9. 科尔伯特JT,翻转射频。叶脉管系统甘蔗(蔗糖officinaruml .)。Planta.1982; 156:136-51。
10. 阿马斯RD,圣地亚哥R, Legaz我,et al。(2007)水平的酚醛树脂化合物和酶活性可以用来屏幕的阻力甘蔗煤尘(黑粉菌属scitaminea)。南国植物病理学研究。2007;36:32-38。
11. 费雷拉EA, Ventrella MC,桑托斯JB, et al .叶片定量解剖学的甘蔗品种和克隆。足底Daninha。2007;25:25-34。
12. 费舍尔JB、Tan HTW Toh LPL。木质部的藤:船维度在攀爬的手掌。机器人。2002;89:196 - 202。
13. Fontaniella B,马尔克斯,罗德里格斯CW等作用甘蔗糖蛋白的阻力甘蔗以黑粉菌属scitaminea。植物杂志。物化学,2002;40:881 - 889。
14. 射击BES、引导兆瓦。植物细胞生物学:ultra-structural方法。爱德华·阿诺德·伦敦。1986年。
15. 约翰森哒。植物显微技术。麦格劳-希尔,纽约,1940年。
16. 多兹PN Koeck M, Hardham基于“增大化现实”技术。感受器的作用biotrophic hemibiotrophic真菌的感染。细胞Microbiol。2011; 13:1849-57。
17. Legaz我,文澜,Fontaniella B, et al .超微结构的改变甘蔗叶子共同造成的甘蔗病原体。比利时j .机器人。2006;139:14-26。
18. 莉莉VG,巴内特霍奇金淋巴瘤。生理学的真菌。麦格劳-希尔,纽约,1951年。
19. 马丁内斯M, Legaz我,Paneque M, et al .糖苷酶活动和多糖积累在甘蔗茎主要障碍。植物科学。1990;72:193-8。
20. McGhie TH, Masel NP, Maclean D, et al。悬浮的生化反应甘蔗细胞一个来自根病原体毒力因素Pachymetra chaunorhiza。南国。j .植物杂志。1997;24:143-9。
21. 文澜,Fontaniella B, Legaz我,et al。糖蛋白甘蔗植物调节细胞极性黑粉菌属scitaminea冬孢子。j .植物杂志。2005;162:253 - 65。
22. 米隆g .磷酸缓冲OsO4解决方案的优势固定。j:。学报。1961;32:1637-50。
23. Robinson-Beer K,翻转射频。精细结构成熟叶片的胞间连丝的甘蔗。足底。1991;184:307-18。
24. Sanchez-Elordi E, Manzanares VM,迪亚兹EM, et al。植物的相互作用:甘蔗糖蛋白的色情冬孢子诱导趋化作用循环细胞骨架的收缩和放松。南非的j .机器人。2016;105:66 - 78。
25. 圣地亚哥R,阿马斯RD, Legaz我,等。从黑穗病分离(黑粉菌属scitaminea)对诱导子的不同修改的酚醛积累模式甘蔗叶子。j .植物病理学研究。2008;90:87 - 96。
26. 圣地亚哥R, Quintana J,罗德里格斯年代,et al。一个诱导子隔绝黑穗病冬孢子(Sporisorium scitamineum)增强细胞壁木质素沉积的厚壁组织和木质部甘蔗叶子。巴基斯坦人。j .机器人。2010;42:2867 - 81。
27. 桑德斯WB。地衣的观察微观阶段生命周期在透明的根基原位。Lichenologist。2005;37:373 - 82。
28. Shane兆瓦,麦克卡利我,精明的乔丹。的血管系统玉米茎的再现:对水运和木质部安全的影响。安。机器人。2000;86:245-58。
29. 辛格结束时的韧皮部的超微结构和分化甘蔗叶子。Cytologia。1980; 45:1-31。
30. 唱K, Budhraja TR,芽鳞的角色障碍对黑穗病感染。Proc Bienn相依甘蔗猛击>,1964;5:687 - 90。
31. Solas太矮松D,韦森特C, et al .超微结构方面的甘蔗芽感染黑粉菌属scitaminea冬孢子。甘蔗,1999:14-18。
32. Solas太矮松D, Acevedo R, et al。超微结构的变化和生产xanthan-like多糖与烫伤的甘蔗离开造成的黄albilineans。欧元。j .植物病理学研究。2003;109:351-59。
33. 乌特美国积累的细胞壁结合酚类化合物和植物抗毒素拟南芥叶子后接种pathovars两。植物科学。2006;170:942-52。
34. Vallet C, B Chabbert Czaninski Y, et al。组织化学的木质素沉积厚壁组织分化中苜蓿茎。安。机器人。1996;78:625-32。
35. 沃勒JM。甘蔗黑粉菌孢子(黑粉菌属scitaminea在肯尼亚)。二世。感染和耐药性。反式英国Mycol Soc。1970; 54:405-14。