印度梨形孢促进兰科植物种子萌发和原球茎生长的功能研究

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菌根(mycorrhiza)是植物根系与真菌之间形成的共生体,可分为外生菌根和内生菌根两种类型。内生菌根包括丛枝菌根(arbuscular mycorrhizae),杜鹃类菌根(Ericoid Mycorrhizae)和兰科菌根(Orchid mycorrhiza)。将可与兰科植物形成菌根的真菌分类后发现它们主要属于蜡壳耳目(Sebacinales)、角担菌科(Ceratobasidiaceae)、胶膜菌科(Tulasnellaceae)几个类群。印度梨形孢(Serendipita indica.)属于蜡壳耳目(Sebacinales)真菌,具有宿主广泛的特点,关于印度梨形孢与兰科植物共生关系的研究还很少。本研究以印度梨形孢与多种兰科植物种子的共生萌发实验,进行印度梨形孢与兰科植物共生的功能研究。结合促种子萌发效应、显微结构观察、以及转录调控水平等多方面来探讨印度梨形孢在兰科植物生长中的功能问题。经研究得出以下结果:(1)印度梨形孢对多种兰科植物种子具有促萌发效应。通过印度梨形孢与13种兰科植物的共生萌发实验得出:印度梨形孢可促进铁皮石斛(Dendrobium officinale)、金钗石斛(D.nobile)、鼓槌石斛(D.chrysotoxum)、金沙江石斛(D.wangliangii)、硬叶兰(Cymbidium bicolor)和纹瓣兰(C.aloifolium)的种子萌发并生长至幼苗阶段。共生播种90天后,种子萌发率和幼苗形成率为:铁皮石斛(84.6±5.2%,78.1±5.5%),金钗石斛(67.4±11.5%,61.7±12.4%),金沙江石斛(46.2±1.9%,36.8±4.2%),纹瓣兰(41.4±6.4%,32.4±5.1%),鼓槌石斛(24.4±8.2%,23.2±7.8%),硬叶兰(8.6±4.6%,7.3±4.1%)(2)印度梨形孢在兰科植物内形成内生菌根。对共生萌发的原球茎显微观察发现,印度梨形孢以菌丝、菌丝团的形态存在于兰科植物原球茎细胞内。原球茎生长至成年植株后,发现印度梨形孢仍然存在于根内。印度梨形孢的菌丝穿透根皮层细胞后在宿主兰科植物皮层细胞内形成菌丝团,在铁皮石斛根表面和根细胞内发现了印度梨形孢的厚垣孢子。以上观察到的菌丝、菌丝团为内生菌根类型。(3)印度梨形孢与铁皮石斛菌根真菌LQ、JM具有类似的促种子萌发效应。将印度梨形孢与铁皮石斛的菌根真菌LQ、JM进行促萌发效应的比较。发现印度梨形孢与LQ、JM的促萌发效应是类似的。共生播种90天后,三株真菌的处理下的萌发率和原球茎形成率和幼苗形成率为:印度梨形孢(93.4±4.8%,88.8±5.7%),LQ(72.4±8.3%,64.1±5.8%),JM(66.6±10.8%,45.3±9.4%)。(4)印度梨形孢与铁皮石斛的共生过程中铁皮石斛的e ATP(Extracellular ATP)水平检测。进行了印度梨形孢与铁皮石斛原球茎共生第1、2、3、8天时e ATP水平的检测。结果表明,印度梨形孢定殖铁皮石斛的第2天e ATP水平出现峰值,之后从定殖的第3天到第8天e ATP的水平都较低。检测ATP信号转导的相关下游基因CPK28与RBOHD的基因表达水平发现,印度梨形孢共生时两个标记基因的表达水平都上调了1-3倍。伴随着e ATP水平的变化,从定殖第二天开始宿主植物内检测到的真菌侵入量也显著升高,到定殖第8天趋于平稳,但仍然处于一个较高的水平。植物的外源ATP通常作为防御相关的信号转导物质在起作用,推测e ATP的信号途径可能参与调控了铁皮石斛原球茎与印度梨形孢的共生。(5)印度梨形孢与铁皮石斛原球茎共生不同阶段的转录组分析。利用转录组测序的方法获取了印度梨形孢与铁皮石斛共生早期(3d)、中期(9d)、稳定期(18d)的差异表达基因,找到了46个在三个不同共生时期都存在的差异表达基因。这些基因将作为共生过程相关的目标候选基因,做了初步的基因注释分析,为以后关于铁皮石斛与印度梨形孢共生关系建立的分子机制的研究打开了方向。
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