發(fā)布時間：2017-12-15 10:20

  本文關(guān)鍵詞：樹蘭（Epidendrum secundum）與膠膜菌屬真菌的共生機(jī)制研究

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【摘要】：樹蘭(Epidendrum secundum)是蘭科植物中的一種附生蘭,廣泛分布于南美洲,可全年開花,具有重要的觀賞價(jià)值。由于蘭科植物的種子微小、缺少胚乳,種子自身營養(yǎng)不足以支持萌發(fā),蘭科植物種子和原球莖需要與菌根真菌共生才可萌發(fā)和發(fā)育成完整植株,蘭科植物的共生關(guān)系對于其生長發(fā)育至關(guān)重要。與叢枝菌根、外生菌根相比,蘭科植物與菌根真菌的識別和共生機(jī)制研究相對落后。為了解蘭科植物和菌根真菌間的識別及相互作用關(guān)系,以及共生分子機(jī)制,并獲得蘭科植物共生相關(guān)基因,本文利用組織培養(yǎng)技術(shù)建立了菌根真菌與蘭科植物共生體系;采用高通量測序技術(shù)獲取了樹蘭和美孢膠膜菌在共生和非共生條件下轉(zhuǎn)錄組信息;運(yùn)用生物信息學(xué)研究手段,分析了“蘭科植物—菌根真菌”共生機(jī)制的關(guān)鍵基因。本文獲得的主要研究結(jié)果如下:(1)將膠膜菌屬菌根真菌于0.25 g/L、2.5 g/L、5 g/L三種濃度的燕麥培養(yǎng)基中共培養(yǎng)樹蘭、建蘭、鐵皮石斛等蘭科植物種子和原球莖或根狀莖,篩選出0.25 g/L燕麥培養(yǎng)基最適合作為樹蘭與膠膜菌屬真菌的共生培養(yǎng)基,培養(yǎng)基的營養(yǎng)濃度可決定真菌與植物是否建立共生關(guān)系;6株菌根真菌只與樹蘭的種子和原球莖共生,且可鑒定到種的美孢膠膜菌菌株比在分類地位上只能確定到膠膜菌屬的菌株能更有效促進(jìn)樹蘭種子萌發(fā)或原球莖發(fā)育,其中一株美孢膠膜菌(Tco2)效果最明顯。(2)對樹蘭和美孢膠膜菌共生處理組、樹蘭非共生植物對照組,以及美孢膠膜菌非共生真菌對照組的3組樣品,每組樣品3份,共9個樣品進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序,獲得有效數(shù)據(jù)Clean reads:66,691,912、74,232,026、60,926,516、42,809,890、56,139,672、45,185,166、95,270,984、98,812,276、112,358,184條,占原始測序數(shù)據(jù)比例均高于94%,且測序質(zhì)量滿足后續(xù)分析要求。Trinity組裝獲得樹蘭和美孢膠膜菌Unigenes128,115和27,873條,注釋結(jié)果中,美孢膠膜菌比對到的近緣物種為該菌種本身,而樹蘭為油棕。樹蘭和美孢膠膜菌表達(dá)基因功能集中于細(xì)胞過程、細(xì)胞和結(jié)合類,代謝途徑主要為核糖體和碳代謝。共生關(guān)系的建立對樹蘭和美孢膠膜菌的基因表達(dá)水平起到了一定的作用。(3)就共生與非共生的差異表達(dá)基因分析,發(fā)現(xiàn)樹蘭共生對比非共生的差異表達(dá)基因中上調(diào)表達(dá)的基因數(shù)量多于下調(diào)表達(dá),而美孢膠膜菌則是下調(diào)表達(dá)基因數(shù)量較多。樹蘭和美孢膠膜菌均在共生建立后明顯上調(diào)表達(dá)的基因功能為催化活性。對共生和非共生樣品的差異表達(dá)基因進(jìn)行GO和KEGG富集,可知樹蘭共生組參與植物—病原菌相互作用途徑中的基因被大量誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá);美孢膠膜菌共生組參與碳代謝途徑的基因受到下調(diào)表達(dá)。篩選與樹蘭共生相關(guān)基因?yàn)镻C家族、鈣調(diào)素/鈣依賴蛋白激酶基因和凝集素基因;PC基因家族成員可能參與了樹蘭原球莖共生體的形成和生長發(fā)育過程;鈣依賴蛋白激酶基因可能是蘭科菌根共生關(guān)系建立中重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因,將信號傳遞給下游,誘導(dǎo)蘭科菌根共生相關(guān)基因表達(dá),促進(jìn)共生體的形成;植物識別真菌的過程中編碼凝集素基因大量被誘導(dǎo),是維持蘭科菌根共生關(guān)系穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一。(4)利用小蘭嶼蝴蝶蘭的基因組數(shù)據(jù),采用生物信息學(xué)方法對該物種中的PC基因家族進(jìn)行了全基因組分析,預(yù)測到小蘭嶼蝴蝶蘭全基因組中含有30條PC基因家族成員,其PCLD結(jié)構(gòu)域中均含兩個高度保守的Cys殘基;近半數(shù)PePCs是嵌合的阿拉伯半乳聚糖蛋白,根據(jù)PePCs的蛋白骨架將它們分為了6大類群,小蘭嶼蝴蝶蘭PCs家族的蛋白結(jié)構(gòu)和亞家族分類與擬南芥的較為相似;小蘭嶼蝴蝶蘭PCs和擬南芥PCs蛋白序列的系統(tǒng)發(fā)育分析聚成了7個分支,亞家族成員在單子葉植物和雙子葉植物分化之前有共同祖先,而在蘭花和擬南芥分化之后又各自進(jìn)化;該家族基因結(jié)構(gòu)以2個外顯子1個內(nèi)含子的類型為主,相對保守;樹蘭共生體中PC基因多為上調(diào)表達(dá),其中ENODL基因?yàn)橄抡{(diào)表達(dá),在小蘭嶼蝴蝶蘭各組織中部分PC基因高水平表達(dá),但在其可能受侵染的根組織中ENODL基因表達(dá)量極少,說明在蘭科植物中PC基因家族成員對蘭科菌根共生體的形成有重要作用,但其具體的分子作用機(jī)制還有待進(jìn)一步明確。
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S682.31

【參考文獻(xiàn)】

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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本文編號：1291626