金龟子绿僵菌诱导花生根建立共生的研究

发布时间：2020-04-06 12:39

【摘要】：金龟子绿僵菌一直被定位为昆虫病原真菌,并作为生物农药去防治田间害虫,在防治花生地下害虫蛴螬有明显效果。近年发现,绿僵菌能促进植物根生长,在根内宿存,是一种互惠共生关系。如果能很好地理解植物如何响应有益的绿僵菌,将可充分利用和促进共生建立,达到防控虫害和促进植物生长的双重效果。为了探讨绿僵菌作为内生菌与植物互作的分子机制,本文以绿僵菌和致病性尖孢镰刀菌对比处理,通过转录组测序分析和相关基因的转录及蛋白水平的表达分析,探讨绿僵菌诱导宿主植物建立共生的机理。主要研究结果如下:1.金龟子绿僵菌和尖孢镰刀菌处理的花生根转录组测序分析。两种真菌处理花生根后,得到203个差异基因,其中免疫反应相关基因表达受到两种真菌抑制,以便成功地完成侵染过程;尖孢镰刀菌诱导一些防御基因的表达,例如抗病转录因子、JA介导的免疫反应;绿僵菌则未见防御基因明显表达上调,反而存在一些有利于植物生长的途径,例如糖、氮和脂代谢相关的基因上调表达。从而初步推断了有益菌和病原菌与植物相互作用的分子机理的共通性和差异性。2.花生根-绿僵菌互作相关基因的转录及蛋白水平的表达分析。根据转录组数据,筛选得到28个植物-菌互作相关的候选基因,利用RT-q PCR和PRM技术分别检测了这些基因转录水平和蛋白水平的相对表达量。结果表明,两种真菌处理的花生根中识别受体、MAPK级联反应、免疫相关的基因下调表达,且镰刀菌的抑制程度更强;而绿僵菌可以特异性地诱导利于植物生长发育和共生相关的基因上调表达。因此微生物为了成功地侵染植物,可以主动抑制寄主植物的免疫反应,同时绿僵菌还可以促进植物生长和发育,且可能激活了共生识别信号的转导。3.金龟子绿僵菌粘附素Mad1基因克隆及表达分析。以金龟子绿僵菌c DNA为模板克隆了Mad1基因,经测序并进行NCBI比对分析,该序列具有完整的开放阅读框为2136bp,并且编码711个氨基酸,该蛋白的理论分子量为74.8KD。构建了Mad1重组表达载体,通过毕赤酵母真核表达系统,得到了纯化后Mad1蛋白,体外处理花生根组织后表明,Mad1可诱导花生根防御相关的基因表达下调,促使免疫反应受到抑制,证明了粘附素Mad1参与了诱导抑制植物免疫反应,是启动绿僵菌与植物建立共生关系的开端。本研究初步揭示了绿僵菌与植物互作时,通过抑制寄主植物免疫,促进共生关系建立的协同调控机制,为进一步探索绿僵菌环境宿存机理、指导促进绿僵菌种群增殖提供理论支撑。
【图文】：

过程图,丛枝,互作,植物

相对根瘤菌的共生互作，AM真菌共生出现的时间更早。研究表明，共生菌根形成可分为AM真菌接触植物根之前和接触之后共生阶段，通过最初信号分子相互识别，孢子萌发，在根表皮形成附着枝（appressoria），最后在植物内皮层形成丛枝，如图1.1（Gutjahr et al., 2013）。目前，

病原微生物,分子机制,互作,植物

促使定植或共生形成。因此，启动重新编程是植物应对有益菌和病害菌机制的重要转折点。1.3.2 植物对病原微生物的免疫作用植物为了抵抗外来病原物的侵染，自身逐渐形成了包括两个层面自我保护机制，如图1.2（Wirthmueller et al., 2013）。首先，植物细胞表面的分子模式识别受体（pattern-recognition receptors,PRRs）对病原菌或者微生物的分子模式（pathogen/microbe-associated molecular patterns, PAMPs）进行识别，，例如细菌鞭毛蛋白（flagellin）、延伸因子（EF-Tu）、几丁质（chitins）、脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）、真菌的葡聚糖（glucans）等，进而启动病原菌的分子模式触发的免疫反应（PAMP-triggered immunity, PTI），包括防御激素的生物合成，活性氧（reactive oxygen species,ROS）爆发，气孔关闭，防御相关基因的表达，植物抗毒素产生，超敏（hypersensitive response, HR）
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S476.12

【参考文献】