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中国中药杂志 2021年第11期46卷 2806-2815页

作者：包丽琼陈同靳保龙李奉胜李佐君陈美兰王铁霖崔光红黄璐琦南京中医药大学药学院江苏南京210023 中国中医科学院中药资源中心道地药材国家重点实验室培育基地北京100700 莱芜紫光生态园有限公司山东莱芜271100

植物根微生物组由根内和根际微生物组成,这些微生物与植物的各项生命活动紧密相关。植物近30%的光合作用产物用于合成根系化合物,已有证据表明它们直接参与调控根微生物的组装。丹参酮类化合物是丹参Salvia miltiorrhiza中主要的脂溶性... 详细信息

植物根微生物组由根内和根际微生物组成,这些微生物与植物的各项生命活动紧密相关。植物近30%的光合作用产物用于合成根系化合物,已有证据表明它们直接参与调控根微生物的组装。丹参酮类化合物是丹参Salvia miltiorrhiza中主要的脂溶性成分。为了研究该类化合物是否能调控丹参根微生物组,首先鉴定了1株丹参酮含量极低的突变体丹参,突变体中形成丹参酮类母核的第一个关键酶基因SmCPS1的第5个内含子保留,导致基因表达量大幅下降,呈现白根表型。在人工气候室条件下,以种植于营养土和山东丹参基地土的野生型和突变体为研究对象,基于16S rDNA扩增子测序技术,利用多样性分析、组成型分析和网络分析等方法对野生型和突变体根内微生物和根际微生物进行系统比较。结果表明丹参酮类成分显著影响了丹参的根微生物组,且对根内微生物的影响更为显著。野生型和突变体的根内微生物在物种丰富度、优势菌群及菌群共存网络等方面均存在显著差异。丹参酮类化合物对革兰阳性菌如芽孢杆菌纲Bacilli在根内的定殖有一定的排斥作用,而特异吸引革兰阴性菌β变形菌纲Betaproteobacteria和α变形菌纲Alphaproteobacteria的一些特定菌属。该研究从多角度确定了丹参酮类化合物在调控其根微生物组结构的重要作用,为进一步改善丹参微环境从而提高丹参品质及产量提供科学依据。

关键词：丹参突变体丹参酮根微生物组 16S rDNA高通量测序

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丹参酮类化合物调控丹参根微生物组的研究

丹参酮类化合物调控丹参根微生物组的研究

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作者：包丽琼南京中医药大学

学位级别：硕士

植物根微生物组由根内和根际微生物组成,这些微生物与植物的各项生命活动紧密相关。植物近30%的光合作用产物用于合成根系化合物,已有证据表明它们直接参与调控根微生物的组装拟南芥中的次生代谢产物已被证实直接参与调控根微生物的组装... 详细信息

植物根微生物组由根内和根际微生物组成,这些微生物与植物的各项生命活动紧密相关。植物近30%的光合作用产物用于合成根系化合物,已有证据表明它们直接参与调控根微生物的组装拟南芥中的次生代谢产物已被证实直接参与调控根微生物的组装,介导植物与环境的相互作用,其特有的三萜和二倍半萜类化合物可促进或抑制特定微生物生长,使其能够根据自身目的组装根微生物组。在缺铁生长环境下,拟南芥根部分泌的香豆素可以通过氧化还原机制抑制假单胞杆菌的生长。丹参酮类化合物是丹参Salviamiltiorrhiza中主要的脂溶性成分,其产生的最初目的并不是为人类治疗疾病。丹参与微生物组的关系的研究尚处于起步阶段,目前对丹参连作障碍、生防菌的筛选研究较多。为了研究该类化合物是否能调控丹参根微生物组,首先鉴定了一株丹参酮含量极低的突变体丹参,突变体中形成丹参酮类母核的第一个关键酶基因SmCPS1的第五个内含子保留,导致该基因表达量大幅下降,呈现稳定的白根表型。在人工气候室条件下,以种植于不同土壤(营养土和山东丹参基地土)的野生型和突变体为研究对象,基于16S rDNA扩增子测序技术,利用多样性分析、组成型分析和网络分析等方法对野生型和突变体根内微生物和根际微生物进行系统比较。结果表明丹参酮类成分显著影响了丹参的根际和根内微生物组,且对根内微生物的影响更为显著。丹参酮类成分对两种丹参根际和根内微生物的影响主要表现在优势菌群组成、物种多样性、特异菌群分布及共存网络方面。和突变体比,野生型根内微生物组物种丰富度更高,共存网络也更复杂。突变体对革兰氏阳性菌如芽孢杆菌纲Bacilli在根内的定殖有一定的吸引作用,而野生型特异吸引革兰氏阴性菌β变形菌纲Betaproteobacteria和α变形菌纲Alphaproteobacteria的一些特定菌属,如新鞘氨醇杆菌属Novosphingobium、鞘脂菌属Sphingobium和鞘氨醇单胞菌属Sphingomonas。根际微生物组中,白根突变体的物种丰富度高于野生型,野生型的优势菌是放线菌纲,白根突变体的优势菌是芽孢杆菌纲。且体外抑菌试验中,丹参酮类化合物对照品混合物对芽孢杆菌的生长有明显的抑制作用。在野生型和突变体根际,突变体根际微生物组物种丰富度更高,其优势菌α变形菌纲Alphaproteobacteria和芽孢杆菌纲Bacilli相对丰度更高,而野生型放线菌纲Actinobacteria相对丰度更高。本研究从多角度确定了丹参酮类化合物在调控其根微生物组结构的重要作用,旨在阐明丹参酮类成分对根微生物组的影响,为下一步筛选丹参功能菌株,并通过人工调节丹参体内微环境促进丹参产量和品质的提升奠定理论基础。为高质量丹参的生态可持续种植和植物微生物组工程开辟道路。同时也是以丹参为本,探索丹参酮的合成对其自身的意义,反哺丹参酮药用价值的研究。

关键词：丹参突变体丹参酮根内与根际微生物组 16S rDNA高通量测序

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