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丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌与小麦形成互惠共利的菌根共生体,一方面AM真菌从植物根部获取其生长所需的碳水化合物,另一方面可帮助植物从土壤中吸收矿质营养和水分,从而促进植物生长,增强其抗逆性。小麦作为一种菌根作物,AM真菌可以促进小麦对矿质养分的吸收与利用、增强其抗逆性。本研究拟探究不同育成年代、株高、麦芒类型、生活习性、主栽区域的小麦品种菌根侵染率差异,筛选出极端差异品种,并利用高通量测序技术明确菌根侵染过程中关键基因对菌根侵染的响应,比较菌根共生参与基因对菌根侵染响应的差异状况,这对于理解小麦菌根共生形成的分子机制具有重要意义。本研究以291份小麦品种为试验材料,于2017-2018和2018-2019年在西北农林科技大学的网室内进行两个生长季节的盆栽试验,使用Claroideoglomus etunicatum,Rhizophagus intraradices,Funneliformis mosseae,Acaulospora delicata四种菌剂进行混合接种,测定并计算小麦成熟期根系的菌根侵染率,并筛选出菌根侵染率差异显著的小麦品种(小红麦(低侵染)和扬麦14(高侵染)),后通过转录组分析比较两个品种中菌根共生参与基因(转录因子、转运蛋白、酶类和其他基因)的表达对菌根侵染的响应,旨在探究小麦菌根侵染率基因型差异的分子机制。论文主要得出以下结果:1.在两个生长季,小麦品种间的AM侵染率显著不同。2017-2018生长季的AM侵染率范围为23.5%-91.7%;2018-2019生长季的AM侵染率为4.2%-90.7%。两个生长季的平均侵染率都在53%左右,并且两个生长季的菌根侵染率最大值都达到了90%以上。扬麦14的菌根侵染率显著高于小红麦,二者侵染率差异可达7倍以上。2.在两个生长季中,不同生活习性以及不同麦芒类型的小麦品种间菌根侵染率不存在显著性差异。在2017-2018生长季,矮秆小麦品种的平均菌根侵染率较中杆小麦品种高7%;源自北美的小麦菌根侵染率(平均值为60.9%)显著高于源自西亚(平均值为47.5%)的小麦品种。在2018-2019生长季,矮秆小麦品种菌根侵染率(平均值为55.31%)显著高于高杆(平均值为49.04%);1970年之前育成的小麦品种AM侵染率显著低于1991年后育成的小麦品种;源自澳大利亚的小麦菌根侵染率(平均值为65.5%)显著高于来自西亚(平均值为41.9%)和南亚(平均值为42.0%)地区的小麦品种。3.在极端低侵染率小麦品种小红麦根中共筛选到6401个差异表达基因(DEG),其中表达上调基因4328个,表达下调基因2073个;在极端高侵染率小麦品种扬麦14中共筛选到8279个差异表达基因,其中表达上调基因5562个,表达下调基因2717个。GO(Gene Ontology)富集分析发现,这些DEG主要定位在细胞膜系统中,参与防御反应和脱落酸反应相关生物学过程,行使铁离子结合、蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶活性、氧化还原酶活性和单加氧酶活性等分子功能;KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)富集分析表明,在低侵染品种小红麦中,DEG主要参与氮代谢、二萜生物合成以及脂肪酸生物合成途径。在高侵染品种扬麦14中,DEG主要参与氮代谢、二萜生物合成、脂肪酸生物合成、磷酸肌醇代谢以及类胡萝卜素生物合成途径。4.通过转录组分析比较了两个极端侵染品种中菌根共生参与基因(转录因子、转运蛋白、酶类和其他基因)对菌根侵染的响应,检测到GRAS、AP2和MYB等3类转录因子家族基因响应菌根侵染,绝大多数被菌根侵染上调表达,仅有2个MYB转录因子基因在两品种小麦中对菌根侵染的响应表现出明显差异,Myb转录因子基因Traes CS7D02G470000在小红麦中表达上调,在扬麦14中不表达,而另外一个MYB转录因子基因Traes CS5D02G411800在扬麦14中表达上调,在小红麦中则不表达。5.检测到编码ABC转运蛋白、磷酸盐转运蛋白、蔗糖转运蛋白和铵转运蛋白的基因响应菌根侵染,其中19个ABC转运蛋白基因对菌根侵染的响应强烈(差异倍数≥4)。ABC转运蛋白编码基因Traes CS4A02G384800和Traes CSU02G223100在扬麦14中表达上调,且差异倍数在32倍以上,而它们在小红麦中则对菌根侵染不响应或弱响应。6.检测到12类酶编码基因响应菌根侵染,其中24个基因的表达差异倍数在16倍以上,3个E3泛素连接酶基因,1个枯草杆菌蛋白酶家族基因、6个细胞色素P450家族基因以及2个丝氨酸羧肽酶编码基因在两个小麦品种中对菌根侵染的响应状况明显不同,所有这些基因的差异表达倍数均在25倍以上。7.检测到3类106个其它菌根共生参与基因也显著响应菌根侵染,其中3个F-box家族基因在两个小麦品种中对菌根侵染的响应情况不同,基因Traes CS7D02G518400在小红麦中受菌根侵染强烈下调;在扬麦14中基因Traes CS5D02G367000和Traes CS7A02G063600均被上调,且差异表达倍数在16倍以上。本研究共鉴定到57个在两个小麦品种中对菌根侵染响应明显差异的基因,这些基因可能在影响小麦菌根侵染率基因型差异的过程中发挥关键作用。综上所述,本研究所调查的291个小麦品种中,多数品种的菌根侵染率高于50%,菌根侵染率高于70%的品种主要包括扬麦14、ENESCO和INDIANO MOCHO 6296等,低于30%的品种主要有小红麦、冀麦6号、北京837和扬麦2号等;春性小麦和冬性小麦之间、有芒小麦和无芒小麦之间具有相似的菌根侵染率;株高的降低有利于小麦根系被AM真菌侵染;源自南美与西亚的小麦品种较其他地区菌根侵染率低;Traes CS7D02G113900、Traes CS4A02G412100和Traes CS2D02G029500等3个基因可能在影响小麦菌根侵染率方面发挥关键作用。