耐镉细菌对拟南芥Cd吸收与转运相关基因表达及激素与代谢物的影响

作     者：韩慕迁 

作者单位：湖南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黎娟;肖仕

授予年度：2020年

学科分类：0710[理学-生物学] 07[理学] 09[农学] 071007[理学-遗传学] 0901[农学-作物学] 090102[农学-作物遗传育种] 

主      题：内生细菌 镉胁迫 植物激素 茉莉素 代谢物 

摘      要：本试验选取前期从“黄华占水稻种子中分离纯化得到的2株耐镉内生细菌,这两株内生细菌具有产铁载体、溶磷、固氮、产IAA等生理特性,分别为Stentrophomonas sp.R5菌株和Pantoea sp.R3菌株,外施Stentrophomonas sp.R5菌株的处理简称R5,外施Pantoea sp.R3菌株的处理简称R3。通过对水培拟南芥外源添加菌悬液的方式,分析其对拟南芥植物激素含量、激素和Cd(镉)转运与摄取相关基因表达、代谢物的变化,以期阐明外施水稻种子内生细菌在镉胁迫的条件下对拟南芥的影响,主要结果如下:(1)表型分析发现,外源添加R3、R5内生细菌可以提高野生型拟南芥对镉胁迫的耐受性,且R5内生细菌对拟南芥的根部具有一定促生作用。对于MYC2突变体,myc2和myc2/3/4材料都表现出比对照材料col-0更为敏感的表型。且存活率数据表明myc2和myc2/3/4都显著低于对照材料。而过表达材料MYC2-OE表型与col-0相一致,都有较高的存活率。(2)LC-MS(液相色谱)检测发现,外源添加R5内生细菌后第1、2天JA和OPDA的含量持续上升,且R5处理含量高于对照组,内生细菌定殖后(第6天),处理组的JA(茉莉素)含量高于对照组。在镉胁迫早期阶段,外源添加R5内生细菌能迅速诱导并促进JA与OPDA(12-氧代植物二烯酸)的合成。在内生菌定殖后,也能起到相同的效果。对于JA-Ile,在内生菌定殖后,处理组的JAIle含量远低于对照组。而对于SA(水杨酸),在内生细菌定殖后含量持续上升。(3)qRT-PCR(反转录实时荧光定量PCR)表达分析表明,外源添加R5内生细菌后第5,6,7天JA合成基因AOS的表达水平低于对照组。Cd转运和摄取相关基因HMA2、HMA3、NRAMP1、NRAMP3的表达水平在第6、7天都有所降低。外源添加的R5内生细菌在野生型中定殖后能降低Cd转运与摄取相关基因的表达量。(4)通过靶向代谢组学手段分析了镉胁迫下外源添加R5内生细菌代谢差异物,得到了16种代谢标志物,其中有11种代谢物含量上调,包括大部分脂肪酸、有机酸类物质、TCA(三羧酸)循环产物和部分糖类、氨基酸。5种代谢物含量下调,包括部分与糖酵解有关的糖类物质。总体而言,R5内生细菌能够提高拟南芥的耐镉性,降低了Cd吸收与转运相关基因的表达量,且耐镉性的增强与茉莉素积累有着密切的联系。代谢物结果表明外源添加内生细菌后参与调节拟南芥体内代谢物,促进大部分脂肪酸、有机酸类、氨基酸类物质的积累。本论文的研究结果可为镉胁迫下内生细菌与拟南芥互作影响茉莉素合成机制与代谢通路研究提供新的思路与参考。