篮状菌Talaromyces muroii TM28拮抗小麦茎基腐病菌的分子机制研究

作     者：杨翰 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏艳丽

授予年度：2024年

学科分类：09[农学] 0904[农学-植物保护] 090401[农学-植物病理学] 090402[农学-农业昆虫与害虫防治] 

主      题：篮状菌 小麦茎基腐病 假禾谷镰刀菌 拮抗机制 组学分析 

摘      要：茎基腐病等土传真菌病害对小麦生长产生严重的影响。目前生物防治小麦茎基腐病的研究很多,且生防菌的种类还在不断扩大。前期研究发现,篮状菌Talaromyces muroii TM28对引起小麦茎基腐病的假禾谷镰刀菌Fusarium pseudograminearum(Fp)有强烈的拮抗作用。为明确TM28对Fp的拮抗机制,本文通过高通量测序,基于转录组和代谢组学研究TM28对Fp细胞壁、细胞膜、能量代谢和转运相关的基因以及脂质、糖酵解途径和氨基酸合成相关代谢产物的影响;并通过盆栽和小区实验进一步探究TM28对Fp侵染下小麦白穗率、千粒重、产量以及小麦籽粒中脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)含量的影响,同时基于扩增子测序分析TM28处理对小麦根际微生物群落多样性的影响。本文为篮状菌TM28防治小麦茎基腐病提供了理论和技术支撑。主要研究结果如下: (1)平板对峙实验结果表明TM28对假禾谷镰刀菌抑制率达到87.8%,电镜观察TM28可使Fp菌丝不规则膨大变形并塌陷,出现严重的囊泡现象,严重的使菌丝表面产生漏洞。20%的TM28无菌发酵滤液能完全抑制Fp菌丝生长,对Fp孢子萌发抑制率为68.16%。TM28可以显著增加Fp培养液的电导率(p0.05),使Fp菌丝的己糖激酶(HK)活性从103.88 U/g显著增加到293.09 U/g,过氧化物酶(POD)酶活从641.97 U/g显著下降到237.77 U/g。 (2)采用转录组学分析TM28拮抗Fp的分子机制,RNA测序结果共检测到2823个显著差异基因,其中下调基因2071个,上调基因752个。KEGG富集分析表明TM28发酵滤液处理后Fp中参与细胞壁和细胞膜的合成,脂肪酸代谢,糖酵解/糖异生,三羧酸循环以及转运相关途径的基因表达下调,揭示了TM28对Fp细胞壁膜合成、能量代谢和转运有负向调控作用。通过荧光定量逆转录-聚合酶链反应(q RT-PCR)验证了20个差异表达基因,与转录组测序结果一致。 (3)采用非靶向代谢组学对TM28处理前后Fp代谢产物进行差异分析。结果表明KEGG通路的柠檬酸循环和碳代谢等主要能量代谢和糖代谢通路、氨基酸代谢通路代谢产物积累显著减少,脂质和类脂分子产物显著降低。 (4)温室盆栽结果显示,TM28对济麦22和济麦44小麦茎基腐病的防治效果分别为58.49%和51.69%。TM28处理显著提高Fp侵染下两个小麦品种的株高和鲜重,同时显著增加小麦抗氧化酶活性;TM28对济麦22和济麦44根际土壤、茎基部和根部Fp丰度分别显著降低。小区实验结果表明,TM28对小麦茎基腐病有较好的生防作用,与对照相比,使白穗率减少33.25%,与Fp处理组相比产量增加179%。除此之外,TM28使小麦籽粒中DON含量显著降低75.81%。q PCR结果表明,TM28处理后小麦根际土中Fp的丰度从1.11×10～8 copy/g降至3.28×10～7 copy/g。TM28能显著增加小麦根际土壤中微生物群落多样性和丰富度。与Fp组相比,门水平上,TM28使小麦根际土壤中厚壁菌门(Firmicutes)、子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)相对丰度分别降低20.0%、14.2%和18.1%;使被孢霉门(Mortierellomycota)相对丰度增加10.0%。属水平上,使微小杆菌属(Exiguobacterium)、链格孢属(Alternaria)和镰刀菌属(Fusarium)的相对丰度分别减少16.0%、9.6%和11.3%,并且显著增加毛壳菌属(Chaetomium)和被孢霉属(Mortierella)等有益菌群在根际土壤中的相对丰度。