酿酒葡萄内生菌群的动态组装研究

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内生菌群与宿主植物间有着密切的相互作用关系,在植物的生长发育和应对环境中发挥着重要作用,有望应用于农业生产中对作物进行品质调控。针对植物内生菌的起源、及其在植物生长发育过程中的组装、系统传递、空间分布等许多方面仍然存在较多盲点问题。本研究使用高通量测序方法分析并系统研究了两个酿酒葡萄品种玫瑰蜜(Vitis vinifera-V.labrusca)和赤霞珠(Vitis vinifera cv.Cabernet Sauvignon)从组培苗开始生长至接近成熟期的4个不同时期、不同部位的内生菌菌群结构及其动态变化规律,探讨了源于组培苗中的垂直传递内生菌以及前期共生内生菌在后续葡萄内生菌组装过程中的先驱性效应。同时,利用从玫瑰蜜葡萄中分离得到的内生真菌菌株进一步研究了这些菌株对宿主的再侵染特性以及影响内生菌侵染并实现内共生化的因素。取得以下研究结果:1.环境微生物是影响葡萄内生菌群结构和组装的重要因素。无论是玫瑰蜜还是赤霞珠葡萄品种,葡萄植株内生真菌和内生细菌的数量随生长时间的增加快速增大,并在第三个采样期(3期)达到最大值,而两个葡萄品种内生菌群多样性(shannon指数)在组培苗移植到有菌环境的第一阶段(2期)就迅速达到最大值。整体上赤霞珠品种葡萄比玫瑰蜜葡萄检测到更多数量的内生真菌和内生细菌feature数,而内生菌群多样性并无明显差异。葡萄不同生长时期形成不同的内生菌群结构,同一时期不同品种葡萄的内生菌群结构也有较大差异。玫瑰蜜和赤霞珠两个葡萄品种在组培苗期(1期)的内生菌群结构存在差异,而在进入有菌环境后的2期、3期和4期,两个葡萄品种的内生菌群结构的差异逐渐缩小。2.组培苗期栖息的内生菌对葡萄植株后续内生菌群结构建成具有先驱效应。两个品种葡萄在组培苗时期就存在内生菌,部分在组培苗期共生的内生菌在葡萄后三个采样期中均检测到不同丰度的分布。整体上4个采样期共有的内生细菌feature数多于内生真菌,赤霞珠品种葡萄不同时期共有的内生菌feature数大于玫瑰蜜葡萄。3.前期共生内生菌明显影响葡萄后期内生菌群结构的形成。葡萄前期共生内生菌能够随葡萄生长转移到葡萄的根、茎、叶中。玫瑰蜜和赤霞珠品种葡萄在第三个采样期(3期)和第四个采样期(4期)存在的前期共生内生菌相对丰度明显高于第二个采样期(2期)。葡萄茎和叶存在的前期共生内生菌feature数明显多于根。玫瑰蜜和赤霞珠品种葡萄的茎和叶在3期和4期相对丰度最高的内生菌均是继承于前期共生的内生菌。整体上赤霞珠品种葡萄在3期和4期继承的前期共生内生菌的相对丰度明显高于玫瑰蜜葡萄品种。4.葡萄在同一时期不同部位会形成不同的内生菌群结构,不同时期相同部位的内生菌群结构也有较大差异。5.葡萄内生菌能通过叶片表面再侵染并建立共生关系,不同内生菌对宿主的侵染能力存在显著差异。环境胁迫如干旱、高温等会显著提升内生菌的再侵染能力,并与胁迫强度、胁迫持续时间成明显正相关。
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