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丛枝菌根（Arbuscularmycorrhiza）是植物根系被土壤中的一类属于球囊菌门的丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi,简称AM真菌）侵染形成的互惠共生体,也是自然环境中存在的最古老和最广泛的一种植物与微生物互作的共生体系。丛枝菌根的形成能够帮助植物更有效地吸收和利用土壤中的水份和矿质营养;作为回报,宿主植物向菌根真菌提供生长代谢所必须的营养物质。丛枝菌根共生还能够增强宿主植物应对各种环境胁迫的耐受性,如干旱、盐害和病原菌侵染。丛枝菌根是典型的内共生系统,其形成需要菌根真菌和宿主植物在根系细胞中分化形成新的共生界面,并依赖于共生双方持续不断的信号交流。AM真菌对宿主的侵染以及共生的形成涉及到一系列很复杂的过程,包括侵染前期的菌根真菌与宿主植株的相互识别、附着孢的形成、菌丝对宿主表皮细胞以及皮层细胞的侵入等过程,受到很多基因的程序化表达调控。糖基化反应是将一个或多个糖分子基团从激活的供体转移到特定的受体（如蛋白质、磷脂、激素、低聚糖和次生代谢物）的次生代谢过程,催化这个过程的酶被称为糖基转移酶。糖基化反应能够很大程度改变底物的生化特性,并广泛参与到很多生理过程,如激素平衡、花和果实着色、细胞壁合成和各种防御反应等。类黄酮是自然界中广泛存在的一类具有生物活性的多酚类低分子次生代谢产物。类黄酮合成途径的最后一步通常就是糖基化修饰。类黄酮在植物的生长、发育和抗菌防病等方面起着重要的作用。有研究表明,低浓度的类黄酮能够刺激AM真菌孢子萌发,菌丝分枝,暗示了类黄酮可能参与到丛枝菌根的共生过程。但迄今为止,对于是否存在糖基化修饰调控类黄酮参与丛枝菌根共生的研究还未见报道。本课题前期通过检索番茄菌根和非菌根的转录组数据库发现在番茄中存在一个受菌根共生强烈诱导可能编码尿苷二磷酸葡萄糖基转移酶（UDP-glucosyl transferase,UGT）的基因（暂命名为SlUGT132）。通过进一步对编码序列和蛋白结构域分析预测该糖基转移酶催化的底物可能为黄酮类物质。由此,我们作进一步推测,该SlUGT132可能通过对黄酮类化合物进行糖基化修饰参与调控丛枝菌根的共生过程。为了验证该假说,本课题通过异源表达、体外酶活测定、组织定位分析、创制该基因敲除/沉默和超表达的转基因株系等技术手段对该基因可能的生物学功能进行了详细研究。主要研究结果如下:1.通过糖基转移酶的核心结构域,在番茄基因组中预测到175个可能编码糖基转移酶的同源基因。根据它们在染色体上的位置,分别命名为SlUGT1-175。该基因家族可分成六个亚家族,其中受菌根共生强烈诱导的SlUGT132位于第五亚家族。定量表达分析结果显示,第五亚家族中除SlUGT132之外,其它成员几乎都不受菌根共生诱导上调表达。对其它组织器官中SlUGT132的转录水平分析显示,SlUGT132在果实中也有较高的表达。2.利用原核表达技术在大肠杆菌中表达和纯化出SlUGT132蛋白,通过体外酶活催化实验,证明SlUGT132蛋白能够催化类黄酮山奈酚和芹菜素与UDPG发生糖基化反应,但不能催化槲皮素与UDPG发生糖基化反应。3.创建了 SlUGT132启动子融合GUS报告基因的番茄转基因材料。组织化学染色结果显示,SlUGT132启动子能够驱动GUS报告基因在接种AM真菌（Rhizophagus irregularis）的根系中强烈表达,且表达部位主要集中在含有丛枝的细胞中,在未接种AM真菌的根系中检测不到GUS表达。与定量表达结果一致的是,在未接种AM真菌的番茄果实中也能检测到较高的GUS表达水平。通过启动子分割技术,在SlUGT132启动子区域中鉴定到一段菌根共生响应元件MYCU1。4.亚细胞定位分析结果显示,CaMV35启动子能够驱动SlUGT132-GFP融合蛋白（瞬时表达）定位到烟草表皮细胞的细胞质和细胞核中,而SlUGT132-GFP融合蛋白在SlUGT132自身启动子驱动下能够定位到番茄菌根中菌丝刚侵入但丛枝尚未发育成熟的细胞中。5.通过CRISPR-Cas9系统和VIGS技术分别创制了SlUGT132敲除和沉默的突变材料。AM真菌接种实验显示,slugt132敲除材料根系中总黄酮含量显著少于野生型对照,但在不接种AM真菌的对照处理中slugt132敲除材料中的黄酮含量与野生型相比没显著差异。slugt1 32敲除材料接菌根系中可溶性总糖含量显著多于野生型对照。slugt1 32敲除材料的总侵染率和丛枝发生率与野生型相比显著增加,但平均丛枝大小显著降低。通过VIGS技术获得的slugt132沉默材料在接菌种菌根真菌后,也表现出总侵染率和丛枝丰度显著高于野生型对照的表型。这些结果暗示了SlUGT132可能对丛枝菌根共生起负调控作用。6.创制了利用CaMV35S启动子驱动SlUGT132在番茄和水稻中超表达的转基因材料。在未接种AM真菌处理条件下,与野生型相比,番茄和水稻超表达植株生物量减少,蔗糖和可溶性糖含量均显著降低。在接种AM真菌处理条件下,与野生型相比,番茄和水稻SlUGT132超表达植株的丛枝侵染率显著降低,但丛枝形态没有显著变化。AM真菌接种实验显示,番茄SlUGT132超表达植株中可溶性总糖含量低于野生型对照,总黄酮含量显著高于野生型对照。综上所述,本论文通过组织定位分析、体外酶活测定和体内功能验证等技术详细研究了一个受菌根共生诱导的尿苷二磷酸葡萄糖基转移酶编码基因SlUGT132的生物学功能。SlUGT132在番茄菌根含有丛枝的皮层细胞和果实强烈表达,其编码的蛋白能够在体外催化类黄酮山奈酚和芹菜素糖基化。敲除或沉默SlUGT132能够显著降低转基因植株中总黄酮含量,提高菌根侵染率和丛枝丰度,而在番茄和水稻中超表达SlUGT132显著降低蔗糖和可溶性糖含量,影响番茄果实发育和降低水稻结实率,并显著降低菌根中丛枝丰度。这些结果暗示了 SlUGT132可能通过对黄酮类化合物（如山奈酚和芹菜素）进行糖基化修饰负调控丛枝菌根共生。