内生真菌1-G4对宿主植物白及的促生作用及抗干旱胁迫生理机制研究

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本研究以从白及块根表皮组织分离得到的内生真菌1-G4为试验材料,通过对内生真菌1-G4进行基因组测序,对菌株与白及幼苗进行共生研究,结合转录组学和代谢组学分析,探讨内生真菌1-G4促进白及生长的分子机制,研究结果如下:(1)1-G4鉴定为黄曲霉菌(Aspergillus flavus)。显微镜下观察,1-G4符合曲霉属(Aspergillus)的基本特征。系统发育树显示,1-G4与黄曲霉菌(Aspergillus flavus)以87%的自展支持率聚在同一分支,因此鉴定为黄曲霉菌(Aspergillus flavus)。(2)得到了1-G4基因组,并筛选到与植物激素、酚类合成相关基因。组装得到28条Contig序列,所得基因组大小为37484600 bp,N50为2498349bp,总体完整度为98.3%;11774条基因的功能得到注释,其中NR数据库和Tr EMBL数据库的注释率达到了99%;鉴定出949个分泌蛋白,发现了多个与白及激素、多糖、酚类物质合成相关的基因,其中涉及淀粉和蔗糖代谢通路基因8个,戊糖和葡萄糖醛酸的相互转换代谢通路基因14个,半乳糖代谢通路基因29个。(3)1-G4诱导子和孢子液能促进白及的生长。10%1-G4诱导子可显著增加白及幼苗的株高与鲜重。2.5 m L、5.0 m L、7.5 m L和10.0 m L 1-G4孢子液与白及幼苗共生都能增加白及幼苗的叶长和叶面积,促进根生长,其中10.0 m L 1-G4孢子液浓度影响最为明显。(4)1-G4孢子液能提高白及抗逆相关酶活以及活性成分的含量。1-G4能提高白及CAT活性,其中以10.0 m L处理组最为有效,14 d、18 d和20 d分别是对照的166.67%、468.42%和124.36%;1-G4能降低丙二醛含量,其中,10 m L处理组在12 d、14 d、16 d和20 d,MDA的含量分别为对照的54.18%、89.83%、56.80%和73.29%,对降低MDA含量最为有效;1-G4能增加白及的总糖和总酚的含量。其中10.0 m L处理组在16 d和18 d总糖的含量分别为对照的292.09%和136.61%,在16 d和20 d总酚含量分别为对照的112.07%和180.49%。结果表明,1-G4与白及共生,可通过提高白及抗氧化酶活性和降低丙二醛含量来维持白及在逆境下的正常生长,并通过增加总糖和总酚的含量来提高白及活性成分。其中,10 m L孢子液为最适浓度。(5)1-G4孢子液可提高白及抗旱能力。2.5 m L1-G4孢子液在5%、10%、15%和20%的PEG模拟胁迫条件下显示了最好的抗旱效果,在SOD、CAT、MDA、PRO、可溶性蛋白5项指标上,最高分别达到了对照的156.60%、381.81%、41.18%、263.5%和169.00%。结果表明,1-G4孢子液能提高白及SOD、CAT酶的活性,增加PRO和可溶性蛋白含量,降低MDA的含量,从而增强了宿主白及抗干旱胁迫能力。其中,2.5 m L 1-G4孢子液促进效果最好。(6)得到了诱导子处理白及的转录组信息。转录组结果显示,共获得84.32 Gb Clean Data,各个样品的Clean Data均达到6.8 Gb以上,Q30碱基百分比均大于93.91%。GC含量在46.13%到46.93%之间。转录组序列拼接共获得193003个转录本,其平均长度1462 bp,N50为2461 bp,总的核苷酸数目在282085198 bp。获得95657个Unigene,平均长度1155 bp,N50为919 bp;对Unigene进行功能注释,注释到NR、GO、KO、Swissprot数据库的比例分别为43.41%、25.48%、9.58%和24.62%;对5%与10%诱导子进行表达差异分析,在5%的比较组中,共获得1657个差异基因,其中763个基因上调,894个基因下调;在10%1-G4的比较组中,共获得2415个差异基因,其中1208个基因下调,1207个基因上调。(7)1-G4诱导子能通过调节激素水平来促进白及生长。代谢组结果显示,在1-G4诱导子处理的白及中检测出11种激素,分别为ME-IAA、IP、t Z、DZ、H2JA、ABA、ACC、GA7、GA15、GA19和GA20。其中,随着1-G4诱导子浓度的增加,SA、ICAld和ME-IAA含量显著增加而IP和ACC含量显著降低。(8)1-G4能够调控白及激素相关基因的表达,从而调节白及的激素水平,最终促进白及生长。转录组与代谢组联合分析结果显示,发现的11个激素与139个基因相关,且ME-IAA、IP和ACC与诱导子浓度密切相关。其中,22个基因涉及ME-IAA,38个基因涉及IP,2个基因涉及ACC的代谢。
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