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芥子油苷对拟南芥根际细菌种群结构与多样性的影响

贾崧遥  
【摘要】:植物与周围环境生物的相互作用在自然界中普遍存在,其中以植物与微生物的互作为重要形式之一。根际(rhizosphere)是指生物和物理特性受根系紧密影响的区域。此处微生物多样性丰富,具有强烈的根际效应。根际促生菌(plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR)是一种生存在根际中对植物生长有促进或对病原菌有拮抗作用的有益的微生物统称。根际促生菌可以帮助植物通过提高养分吸收效率、根系环境修复、生物施肥等方式直接促进植物生长和通过抗菌、诱导系统抗性等方式间接促进植物生长。近年来,根系分泌物与根际微生物间相生相克关系一直是研究的热点,而根际细菌作为占比最多的根际微生物也包含了大量根际促生菌。植物根系分泌物能帮助植物防御病原菌、作为植物和微生物间信号分子、为植物提供能量和改变根际微生物群落和多样性的组成。芥子油苷是一种广泛存在于十字花科中的富含硫、氮的植物次生代谢产物,也是一种重要的根系分泌物质。根据合成前体氨基酸的不同分为脂肪族、吲哚族和芳香族三类。当植物组织受到机械损伤或病虫侵蚀时,芥子油苷会被内源的黑芥子酶水解,生成的水解产物有抗虫抗菌的防御作用。研究表明,十字花科植物从根中分泌芥子油苷的种类中脂肪族芥子油苷占大部分,吲哚族芥子油苷占小部分。但目前关于芥子油苷这类根系分泌物对根际微生物群落的组成和多样性的影响还缺乏深入研究。因此研究芥子油苷对根际细菌种群结构与多样性的影响作用具有重要意义,可为研究植物和微生物互作机制提供思路。本研究首先进行了突变体材料的构建和鉴定工作。为了获得高含量脂肪族芥子油苷转基因植株,我们首先构建35S::MYB28植物过表达载体并将其转入拟南芥。脂肪族芥子油苷缺失突变体、高含量吲哚族芥子油苷转基因植株、吲哚族芥子油苷缺失突变体分别以本实验室保存的myb28myb29、35S::MYB51转基因植株和myb34为实验材料,经分子鉴定后,分别提取野生型WT(wild type),35S::MYB28,myb28myb29,35S::MYB51和myb34五种材料根际土壤中的细菌进行16S r RNA V4+V5区域扩增子测序并对多样性和群落结构组成进行分析,初步揭示芥子油苷对拟南芥根际细菌种群结构组成和多样性的影响,为深入探讨芥子油苷与土壤根际细菌之间的关系提供了有益的数据参考。本论文主要结果如下:1.获得并鉴定了拟南芥高含量脂肪族芥子油苷转基因植株、脂肪族芥子油苷缺失突变体、高含量吲哚族芥子油苷转基因植株和吲哚族芥子油苷缺失突变体。2.以野生型拟南芥和上述四种突变体和转基因植株为植物材料,提取不同芥子油苷基因型根际土壤中的细菌,进行16S r RNA V4+V5区域扩增子测序并对根际细菌群落结构和多样性进行分析。结果表明脂肪族芥子油苷使拟南芥土壤根际细菌种群数量增加但多样性减少;吲哚族芥子油苷使拟南芥根际细菌数量和多样性都增加。3.脂肪族芥子油苷可能会吸引蓝细菌到根际。4.吲哚族芥子油苷可能会吸引疣微菌门细菌到根际。


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