黄山木兰-AM真菌共生体发育及对scp1基因表达的影响

作     者：贺淑蕊 

作者单位：安徽师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨安娜

授予年度：2020年

学科分类：0907[农学-林学] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 09[农学] 

主      题：丛枝菌根真菌 黄山木兰 菌根共生体发育 scp1基因 协同进化 

摘      要：丛枝菌根真菌是最为广泛和古老的真菌之一,能够与植物根部形成共生体,在早期被子植物适应陆地环境中发挥了极其重要的作用。黄山木兰为我国木兰科木兰属的特有植物和珍稀植物。本研究以早期被子植物的代表—黄山木兰和古老真菌的代表—AM真菌(Funneliformis mosseae和Funneliformis caledonium温室不同接种处理黄山木兰)为研究对象来探究菌根共生体的发育过程以及菌根特异基因scp1的差异表达,以此来揭示木兰科植物与AM真菌的共生关系和协同进化特征。主要研究结果如下:(1)本研究通过显微定时检测手段,定时检测菌根各器官形态结构规律,明确了黄山木兰菌根共生的基本细胞内结构:典型的“初级菌丝圈串+二级丛枝发育结构。利用SPSS统计分析软件发现丛枝定殖率与菌丝圈定殖率呈极显著正相关(P0.01);之后通过Amos分析软件构建结构方程模型(SEM)进一步分析AM发育过程,发现菌丝圈定殖率对丛枝定殖率有显著性的直接影响(路径系数分别为0.79、0.89、0.65),验证了“初级菌丝圈串+二级丛枝的发育过程。黄山木兰根系中典型的Paris-typs菌丝圈共生结构被认为是木兰科植物与AM真菌长期进化中保留的古老协同进化特征。(2)对黄山木兰的生理生化指标分析发现:接种AM真菌处理下黄山木兰根系活力以及根系磷含量基本显著高于未接种处理组,并且AM真菌处理下的黄山木兰根系活力以及根系磷含量最高达0.73μg/(g?h)、12.5μmol/g左右;同时双接种处理下的黄山木兰根系活力和根系磷含量均高于单接种处理组。另外,我们在叶绿体色素指标中发现了同样的影响规律。由此,我们可以认为AM真菌通过促进植物对营养元素的吸收来帮助木兰科植物适应早期的陆生环境。(3)利用改良后CTAB法提取的黄山木兰根系总RNA纯度较高,适合后续的qRT-PCR分子实验。通过qRT-PCR结果来分析不同月份、不同处理方式下黄山木兰根系中scp1基因的差异表达,可以很明显的看出:AM真菌接种处理下黄山木兰根系中scp1基因表达量的比值远高于未接种处理,最高达4.35左右,此外相较于单接种处理,双接种处理下的scp1基因表达也更为活跃。另外,我们发现在9月份之后黄山木兰根系中scp1基因的表达量的比值达到最低(约为0.02),并在此之后未发生大幅度的改变,我们推测是植物适应环境的结果。因此,我们认为scp1基因是木兰科植物在长期的遗传进化中逐渐分化出促进菌根形成的特异基因。基于以上结果我们认为,木兰科植物在与AM真菌的长期共生中仍保留了古老的Paris-type的菌根结构,虽然在长期的协同进化过程中分化出了类似于Arum-type的丛枝结构。这些协同进化特征帮助木兰科植物在复杂的生态环境中得以生存。同时,我们从黄山木兰的生理生化指标以及菌根特异基因scp1的表达结果中发现宿主植物对AM真菌没有专一的喜好性(preference)以及不同真菌种类可以相互促进共生过程,这体现了植物与AM真菌之间长期的协同进化关系。