接种多粘类芽孢杆菌SQR-21及FON对西瓜根系转录水平和蛋白表达的影响

发布时间：2020-06-14 05:29

【摘要】：多粘类芽孢杆菌 SQR-21(Paenibacillus polymyxa SQR-21,简称 SQR-21)是本实验室从西瓜种植发病区健康植株根际分离得到的一株兼具促生及生防功能的根际有益菌(plantgrowth-promotingrhizobacteria,PGPR),该菌株在实验室条件下能够强烈抑制西瓜枯萎病病原菌的生长。施用由菌株SQR-21制成的生物有机肥能够显著降低西瓜枯萎病发病率以及土壤中病原菌的数量,是一株具有良好应用前景的植物根际有益菌。前期已围绕该菌株(SQR-21)、病原菌尖孢镰刀菌(Fusarium oxysorumf.sp.niveum,FON)及宿主植物西瓜三者互作关系或其两两互作关系展开大量研究,并取得较多成果,但仍存在许多互作机制有待明确,深入了解SQR-21与植物根际互作的机制对指导其合理施用具有重要意义。本研究以SQR-21和FON为供试菌株,采用水培的试验方法,分别研究了(1)采用Illumina高通量测序技术,研究SQR-21及FON定殖于西瓜根系后,根系转录水平差异;(2)通过非标记定量蛋白质组学分析技术,研究SQR-21或FON定殖于根系后,根系蛋白的表达差异;(3)在西瓜营养生长阶段接种SQR-21或FON,收集菌株定殖后不同时期的根系样品,结合蛋白质组学技术,研究根系蛋白表达的动态变化,获得如下主要结果:1.在西瓜营养生长阶段采用水培分根的处理方法,在分根盒两侧,一侧接种病原菌FON或拮抗菌SQR-21或同时接种两种菌,另一侧不接菌处理,收集提取各处理不接菌一侧的西瓜根系,处理依次为B-CK、C-CK、D-CK(两种菌接种同一根室)、E-CK(两种菌接种于不同根室),提取根组织RNA,然后通过转录组测序技术,研究西瓜根系与SQR-21及FON互作的条件下的根系基因表达情况。结果表明,接种病原菌FON的处理(B-CK)与对照(CK)相比,共有38个基因表达差异显著,其中2个基因表达上调,36个基因表达下调;接种SQR-21的处理(C-CK)与对照(CK)相比,共有3068个基因表达差异显著,其中1817个基因表达上调,1251个基因表达下调;同时接种FON与SQR-21于同一根室的处理(D-CK)与对照(CK)相比,共有2118个基因表达差异显著,其中1296个基因表达上调,822个基因表达下调;同时接种FON与SQR-21于不同根室的处理(E-CK)与对照(CK)相比,共有2511个基因表达差异显著,其中1380个基因表达上调,1131个基因表达下调。差异表达基因主要包括调控细胞基础代谢(主要包括碳水化合物转运与代谢、氨基酸代谢与转运和能量产生与转化)、次级代谢产物合成、转运、信号转导以及防御机制等。说明SQR-21能够通过提高西瓜根系能量代谢相关基因的表达促进西瓜生长,同时,提高相关信号转导与抗病相关基因的表达,调控根系抗病蛋白,增强植物抗病性。2、同样采用水培分根的处理方法,对西瓜根系蛋白质组学研究表明,接种病原菌FON的处理(B-CK)与对照(CK)相比,差异表达蛋白中,有37个蛋白表达上调,32个蛋白表达下调;接种SQR-21的处理(C-CK)与对照相比(CK)差异表达蛋白中,有57个蛋白表达上调,62个蛋白表达下调;同时接种FON与SQR-21于同一根室的处理(D-CK)与对照(CK)相比,差异表达蛋白中,有69个蛋白表达上调,61个蛋白表达下调。GO分析和KEGG富集分析表明,单独接种FON、SQR-21以及同时接种两种菌,西瓜根系差异表达蛋白的分子功能以结合类蛋白,氧化还原相关蛋白为主。在通路富集方面,同样都富集到了代谢途径,次生代谢产物的生物合成、碳代谢,糖酵解途径,说明不同接菌处理在西瓜根系细胞的基础代谢方面均有一定的促进作用。而接种SQR-21的处理中西瓜根系中能量代谢,光合作用相关蛋白的表达数量相对更高,且抗病相关蛋白及其参与的代谢通路富集程度也相对较高,表明,SQR-21除了能够促进西瓜植株生长,诱导抗病蛋白外,还能够减轻病原菌FON对西瓜植株的伤害。3、微生物与根系互作不同时间对根系蛋白的影响也存在一定差异,在西瓜营养生长阶段,分别接种FON、SQR-21及同时接种两种菌(F21),收集前、中、后三个时期根系样品(每十天收集一次根系样品),进行蛋白质组学分析,结果表明,在西瓜根系接种病原菌FON,与对照相比,三个时期蛋白的表达差异,前期:57个蛋白表达上调,50个蛋白表达下调,中期:63个蛋白表达上调,112个蛋白表达下调,后期,23个蛋白表达上调,30个蛋白表达下调;接种芽孢杆菌SQR-21,与对照相比,三个时期蛋白的表达差异,前期:61个蛋白表达上调,32个蛋白表达下调,中期:28个蛋白表达上调,23个蛋白表达下调,后期:50个蛋白表达上调,64个蛋白表达下调;而同时接种FON与SQR-21,与对照相比,三个时期蛋白的表达差异,前期:95个蛋白表达上调,68个蛋白表达下调,中期:66个蛋白表达上调,124个蛋白表达下调,后期:27个蛋白表达上调,23个蛋白表达下调。接种初期基础代谢相关蛋白和调控类相关蛋白的表达均有一定上调,抵御氧化胁迫和耐受蛋白表达也有所上调,增强植物对外界环境的适应;中期与后期,有实际作用的蛋白如信号转导蛋白等表达活跃,随着西瓜生育进程的变化,根系保护系统逐渐趋于完善,逆境自我调节能力增强,有利于提高西瓜的抗逆性。以上结果表明,接种SQR-21或FON后均能够诱导西瓜根系抗性基因的表达从而调控相关蛋白,而SQR-21同时能够提高代谢相关基因的的表达,在增强西瓜抗病性的同时,促进生长。且随着接种时间的延长根系内的蛋白表达也随之变化。 【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S651;S154.3

【图文】：

差异基因分析结果的可靠性。因此，样品间基因表达水平相关性是检验实验可靠性和逡逑样本选择是否合理的重要指标。相关系数越接近１，表明样品之间表达模式的相似度逡逑越高。本研宄中要求生物学重复样品间Ｒ２至少要大于０．８。图２－１所示，样品的相关逡逑性系数Ｒ２邋２邋０．９，说明样品选择合理，试验的生物学重复很好，可以进行下一步的检逡逑测分析。逡逑Ｐｅａｒｓｏｎ邋ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｓａｍｐｌｅｓ逡逑－Ｏ．Ｓ？邋ＣＯＭ逦０？？邋Ｃ．８７邋０．９１？邋Ｃ６Ｍ邋ＯＢＩ＊邋ＤＯ邋＆Ｓ１？邋ＯＢＭ逦？逡逑ｒ邋．邋？邋＜邋－逦０Ｍ？邋ｃ．９６８邋Ｃ．％４邋０＊？邋０Ｗ８邋ＯＳ７邋３邋８？？逦０Ｊ３邋0ｔ？２Ｓ邋３？逦３Ｓｔ３邋０Ｓ２？．逦６＾邋＇ｔ邋＇逡逑ＣＫ逦ｏ？ａ邋ｏ．ｓｃｖ邋ｓｅａ逦ｃ．＊３２邋ｃ？ａ逦0？ｉ７邋0￥0逡逑．＿：邋．邋．邋？邋－逦ＡｉＳｉ邋ｃ－？？邋ａ邋ａ＃邋0．９７ｉ邋ｅｓ＊邋＾逦ｓｓｔｓ邋ｅ邋ｗｅ逦３逦０４５邋ｄＷｅ邋０ｉ４３Ｓ逡逑Ｄ邋ＣＫ２邋－邋０邋６５６邋ｃ？３５逦ＯＨＳ？邋ｃ？７ｉ逦，，邋ｓｓｒ＾逦－３．ｓ：３邋Ｃ．９Ｊ２逡逑0逦－逦０？？邋ＣＭ９邋0．？Ｍ邋ｏ－ｗｅ邋０？３４邋０＊ｉ；逦ＯＷｔ逦ＫＩ．ＫＡ逦ｉ邋ＳＣ；邋０＊邋Ｃ＊逦＾邋ｑｑｑ逡逑Ｃ＿ＣＫ３邋－逦Ｑ．ＳＭ邋３．３Ｂ！邋０Ｓ７２．逦０．ＳＴ７逦｜邋Ｃ邋３６５逦Ｏ逦Ｃ邋Ｓ３邋ｔｔＳＺＳ邋＆Ｓ２＊逦0邋９７５逡逑＇逦－逦Ｏｔｖ，邋３？－邋ａ３７＊邋ｔｔｖｒｔ邋ａｅｖ邋ｉｓｍ邋％＞％；邋？３？ｒ逦0？？邋ｃｓｓ邋ｃｓ？逡逑

图２－４基于ＧＯ注释，Ｂ－ＣＫ邋ｖｓ邋ＣＫ的差异?

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本文编号：2712355