Trichoderma guizhouense NJAU4742（NJAU4742）是由本实验室分离、鉴定的木霉菌株,已成功用于生物有机肥研制和产业化推广。在盆栽和大田条件下,基于木霉菌株的生物有机肥均发挥了明显的促生作用和生防功能。研究该菌株与植物的互作机理有助于深入理解木霉生物有机肥的功能机理,对促进木霉在农业生产中的应用具有重要的理论价值和实践意义。木霉NJAU 4742对植物的促生效应及其对植物免疫反应的激发作用,通过植物表型分析、转录组学分析、真菌基因敲除、蛋白组学分析等方法,在基因、蛋白和组织水平上研究了该菌株与植物的互作及其调控机制,分析了植物对木霉和对镰刀菌的不同响应模式,主要结果如下:1.木霉NJAU 4742对植物的促生效应及机制在土培条件下,与对照相比,木霉NJAU4742对玉米有显著促生作用,木霉处理的玉米植株高度增加了 10%,根系鲜重增加了 30%。在水培条件下,木霉NJAU4742可以在玉米的根表及根毛上定殖;与对照相比,接种木霉孢子液处理的玉米幼苗主根长度增加了 30%,次生根长度明显增加,且其数目增加了一倍,根系总长度增加了三倍,根系密度显著增大。此外,木霉NJAU 4742对水稻、番茄和拟南芥植株均有显著促生效应。与对照组相比,接种木霉孢子液处理的水稻幼苗,根系长度和鲜重均增加了 30%以上;木霉孢子液处理使番茄种子发芽率提高了 20%,主根生长得到显著促进,幼苗群体长势更齐,鲜重增加了 20%;木霉处理的拟南芥（Col-0）植株,鲜重增加了 50%,根系构型改变,主根伸长受抑制,侧根原基发生增多,侧根的生长、发育得到明显促进。玉米植株和拟南芥DR5::GUS突变体中的研究结果表明,木霉NJAU 4742代谢产物能够通过诱导植物内源生长素途径的响应,调控植物根系的生长发育,从而发挥促生效应。木霉NJAU 4742植物激素类代谢产物中乙烯前体（ACC）含量较高,且木霉NJAU 4742能够合成乙烯激素。分隔接种实验结果表明,木霉NJAU 4742的挥发性代谢产物对玉米及水稻的根系生长和发育均有显著诱导作用,且其与乙烯利均能诱导拟南芥DR5::GUS突变体生长素信号的响应。木霉NJAU 4742乙烯合成途径双缺失突变体乙烯含量下降了 80%,且其促生效应明显减弱,说明木霉源乙烯与促生效应相关。2.木霉NJAU 4742对植物免疫反应的诱导作用乙烯利和木霉孢子液处理可以诱导拟南芥的黄化反应。木霉NJAU 4742能够激发玉米的内源免疫反应,主要表现为:玉米组织中活性氧（H2O2）的积累;防御相关基因（PR1、PR4、PR5、PR Precursor、LOX、ACO、ETR、CWI）表达量的上调;抗性激素水杨酸（SA）、茉莉酸/乙烯（JA/ET）含量的改变以及胼胝质的沉积（Callose deposition）。木霉 NJAU 4742 可诱导玉米对轮枝镰刀菌（Fusarium verticillioides NJAU 1012）的系统抗性,玉米根部接种木霉孢子液预处理后,叶面镰刀菌侵染面积显著减小。上述研究证明了木霉NJAU 4742对植物免疫反应的激活功能,完善了木霉-植物互作的实验体系和分析方法。3.木霉 NJAU 4742 的微生物分子模式（Microbe-associated molecular patterns,MAMPs）研究为阐释木霉-植物互作的分子基础,本文分别探索和验证了木霉NJAU 4742挥发性代谢产物及分泌性代谢产物的MAMPs功能。本研究通过基因敲除对木霉源乙烯激发子的功能进行了探索。利用潮霉素B（hyg B）和遗传霉素（G418）的抗性筛选标记,分别对木霉NJAU 4742乙烯合成EFE途径、ACC途径中的关键酶基因efe和aco进行敲除,构建了木霉NJAU 4742乙烯合成途径的双缺失突变体,双突变体乙烯含量下降了 80%。与木霉野生型相比,木霉双突变体ΔefeΔaco对拟南芥叶面积及幼苗鲜重的促生效果减弱了 20%;其挥发性代谢产物对拟南芥黄化反应的诱导作用消失,同时,对拟南芥胼胝质沉积的诱导效应下降了30%-40%。上述研究结果表明,木霉NJAU 4742挥发性代谢产物乙烯在木霉-植物互作中发挥着重要作用。除乙烯外,木霉NJAU4742挥发性代谢产物中,可能还有其他激发子或MAMPs功能物质。木霉及其突变体与拟南芥乙烯信号突变体ein3的互作结果表明木霉对拟南芥免疫反应的诱导存在不依赖植物内源乙烯信号途径的作用机制。此外,本研究筛选、鉴定了木霉NJAU4742胞外蛋白中的MAMPs物质,并探索了其在木霉-植物互作中效应因子的功能。拟南芥幼苗接种木霉胞外蛋白处理15 min和30min后,组织中过氧化氢的含量迅速升高。与对照相比,木霉胞外蛋白处理的拟南芥组织中H2O2的含量增加了一倍,且激发了活性氧爆发（ROS burst）的反应。经胞外蛋白预处理的拟南芥对病原菌激发子flg22的响应增强,说明木霉胞外蛋白未抑制植物免疫系统的识别能力,其蛋白效应因子的作用以激发植物免疫反应为主。为进一步筛选、鉴定木霉NJAU 4742胞外蛋白中的MAMPs物质,本研究按照分子量大小分级收集了木霉NJAU 4742的胞外蛋白,并对其MAMPs功能进行了验证。结果显示,不同分子量范围的木霉胞外蛋白均能诱导玉米及拟南芥组织中胼胝质沉积的反应,但按照分子量分级的方法,未能精确分离并鉴定木霉NJAU4742胞外蛋白中的MAMPs组份。研究发现,与葡萄糖发酵条件相比,在玉米根组织发酵条件下的木霉NJAU4742产生的胞外蛋白能够诱导植物产生更强的免疫反应,可优先筛选、鉴定激发子功能增强的蛋白组份。通过无标签（Label-free）蛋白组质谱定量分析,从玉米根组织和葡萄糖条件下的木霉NJAU 4742胞外蛋白中鉴定到了 125个蛋白,其中47个蛋白表达量受玉米根组织诱导显著上调,这些蛋白分子量多处于30-50 KDa,包括几丁质酶、脂酶、枯草杆菌素类蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶以及α-1,2-甘露糖苷酶、β-1,6-糖苷酶等GH家族蛋白。此外,还有功能未知的蛋白也可能作为木霉-植物互作中的MAMPs物质。上述研究证明木霉NJAU 4742可通过激发子物质诱导植物的免疫反应,其与植物的相互作用可能与病原菌与植物的互作类似,因此,本文以玉米为研究对象,进一步比较了植物对有益菌和病原菌的响应。4.植物对有益菌和病原菌的不同响应模式与空白对照相比,土培条件下轮枝镰刀菌处理的玉米植株生长减弱了近30%。水培条件下,镰刀菌对玉米幼苗具有更强的致病力,使其根系生长停滞。而不同培养条件下,木霉菌均表现出对玉米的促生效应。虽然木霉和镰刀菌对玉米的生长有不同的影响,但对玉米的内源免疫反应均有诱导作用,玉米根系分别接种木霉和镰刀菌后,根组织内H2O2含量均显著增加,且叶片组织均出现胼胝质沉积的反应。在玉米根系分别接种木霉和镰刀菌,于处理1 d、2 d和3 d后采集根组织样品,并对其转录组进行比较分析,结果显示,玉米根对木霉和镰刀菌的响应模式相反,差异基因的表达呈现不同的响应趋势。玉米JA/ET途径对镰刀菌的响应在接种处理的第3d激增,对木霉菌则是在接种处理1d后反应最为强烈,随后逐渐减弱。玉米根内转录组差异基因的途径分析结果显示,镰刀菌处理使玉米类黄酮合成途径中的基因表达上调,而木霉菌处理的玉米根内未出现类似的途径响应。本研究通过对玉米响应木霉和镰刀菌的转录组比较分析,在基因转录层面,阐述了植物响应有益菌和病原菌的内源差异,并进一步讨论了不同真菌在平衡植物生长-抗性方面的调节作用。综上所述,本研究证明了木霉NJAU 4742不仅能促进植物根系的生长发育、改善植物的整体长势,还能诱导植物的内源免疫反应、增强植物对病原菌的系统抗性。本研究探索了木霉NJAU 4742与植物互作的实验体系及木霉MAMPs的研究方法,证明了木霉NJAU 4742代谢产物中乙烯的调控作用,并从木霉胞外蛋白中筛选出了 一些具有生防功能的激发子物质。