兰科植物菌根(OM)在结构上虽然是典型的内生菌根类型,但其营养机理长期被认为是植物寄生于真菌。近年来,Cameron等(2006)利用放射性同位素标记实验表明,绿色兰科植物成株与菌根菌(OMF)之间确实存在互惠共生关系,即菌根真菌协助植物在陆地环境固着并为植物提供矿质营养,而宿主提供碳水化合物回馈给真菌。但宿主的碳水化合物是如何被转运至共生真菌?这种转运过程又是如何被调控?宿主糖转运蛋白基因的克隆、定位及其表达调控机制的研究将为建构绿色兰科植物OM互惠共生机制提供坚实证据。同时,这也将为实现兰花珍贵品种的保育和栽培建立重要的技术基础。本实验小组前期证明大花蕙兰(Cymbidium hybridum)能与印度梨形孢(Piriformospora indica)在DE培养基中形成菌根共生结构,并且在菌根形成过程中,糖转运蛋白CySWEET14、CySWEET4a和CySWEET4b受菌根真菌诱导上调表达。本论文将CySWEETs在拟南芥中进行异源表达,以期验证其糖转运活性并初步探讨植物SWEET家族在植物共生过程中的可能功能。本论文主要研究结果如下:(1)通过调节氮形态、碳源、磷浓度来筛选适合印度梨形孢与大花蕙兰、拟南芥均能形成有益共生的培养基。实验结果表明,在硝态氮和铵态氮比例为1:2,总无机氮量为9 mM,磷浓度为5 mM,添加0.25 g/L酵母和5 mM可溶性淀粉的LW01c培养基中,印度梨形孢可以与两种宿主形成共生结构,并促进植物生长。(2)以LW01为基础,比较培养基中碳源添加对大花蕙兰与印度梨形孢共生的影响。结果表明,添加蔗糖和可溶性淀粉都有利于真菌的定殖,但在添加蔗糖的LW01培养基中,印度梨形孢对大花蕙兰的生长起抑制作用,根系畸形负向地性生长,培养基中的根系褐化严重;而无碳源的LW01培养基中,印度梨形孢几乎不能在大花蕙兰根系皮层中定殖。(3)RT-qPCR试验结果表明,在LWSt培养基中,CySWEET14、CySWEE4a和CySWEET4b在大花蕙兰形成菌根进程中呈现诱导表达模式。(4)CySWEET4a超表达和CySWEET4b回复突变植株在低浓度葡萄糖(5mM)处理时生长表现优于WT,而50 mM葡萄糖处理时根系生长受抑制,叶色变黄,暗示CySWEET4a具有较高的糖转运活性;在添加5 mM蔗糖处理时观察CySWEET14异源回复atsweet11;12植株回复效果明显,可改善生长迟缓的缺陷,表明CySWEET14具有糖转运功能。(5)在LW01共生培养基中,接菌处理(7 dpi、14 dpi)导致拟南芥根系中的AtSWEET11和AtSWEET12下调表达;而印度梨形孢促进atsweet11;12根系鲜重增加的共生效应显著高于野生型,这说明,AtSWEET11和AtSWEET12负调控拟南芥与印度梨形孢的共生过程。因而,CySWEET14在拟南芥中的同源基因AtSWEET11和AtSWEET12在植物与印度梨形孢共生过程中执行的功能不同。(6)获得CySWEET14和CySWEET4a回复双突变体atsweet11;12的T3代株系。印度梨形孢促进这些株系根系鲜重增加的共生效应优于野生型,但弱于双突变体,体现出功能部分回复的中间类型。