柑橘因根毛稀少主要依赖与丛枝菌根真菌共生来吸收水分和矿质营养,因此研究柑橘丛枝菌根共生形成的分子机理具有重要的理论和实践意义。本研究以柑橘常用砧木枳（Poncirus trifoliata（L.）Raf）为材料,分析了柑橘丛枝菌根共生形成过程的转录组变化;评估了木本植物柑橘与四种草本菌根植物响应菌根共生分子机制的保守性,并以苜蓿模式植物为材料,利用反向遗传学手段鉴定了参与菌根形成的关键基因。此外,丛枝菌根真菌属于活体营养型,需要且只能从寄主植物获取碳源以供其生长。丛枝菌根真菌获取碳源的主要形式是脂肪酸和糖类,其中脂肪酸从寄主向菌根真菌的转运机制已清楚,但糖分是如何从植物细胞输出给真菌的尚不明了。本研究新发现了一个植物向丛枝菌根真菌输出糖分的候选基因SWEET1b并鉴定了其功能。主要研究结果如下:1.柑橘转录组分析挖掘丛枝菌根共生响应基因以柑橘最广泛使用的砧木枳（Poncirus trifoliata（L.）Raf）为研究材料,以接种和不接种丛枝菌根真菌Glmous versiforme的根为样本,分别提取RNA进行高通量RNA-seq分析。转录组分析共鉴定到282个差异表达基因,其中245个基因在接种后上调表达,37个基因下调表达。这些差异表达基因在其它菌根模式植物中对应的直系同源基因,有21个已被报道对菌根共生起关键作用,并有83个被报道只存在能够形成菌根的寄主植物中。q RT-PCR分析表明其中36个基因的确受菌根诱导表达,说明了转录组数据的可靠性。该转录组分析提供了一批可靠的菌根响应基因,同时也暗示那些已报道的基因在菌根共生形成中具有功能保守性。2.比较转录组分析鉴定到一批响应柑橘丛枝菌根的核心基因群基于柑橘菌根转录组数据,我们分析了木本植物柑橘与另外四种草本菌根植物（苜蓿、百脉根、番茄和水稻）响应丛枝菌根共生转录调控的保守性。结果表明75.9%的柑橘菌根诱导上调基因的同源基因在其它物种具有相同的表达类型。其中,153个（占53.8%的差异表达基因）柑橘的直系同源基因在至少两种及以上的草本菌根植物中均受菌根诱导表达,说明木本植物柑橘与其它草本植物响应丛枝菌根形成的转录调控具有高度保守性。且这153个核心基因在这些植物中的诱导不受物种遗传背景差异及接种不同的丛枝菌根真菌所影响,意味着这套核心基因群可能在菌根共生过程发挥重要作用。3.反向遗传学分析表明菌根特异诱导的FatG基因对菌根共生形成起关键作用我们在比较转录组学分析得到的153个核心基因群中发现一个菌根植物所特有的,与脂肪酸合成相关的3-keto-acyl-ACP reductase编码基因（Ptr FatG,Cs1g21320）。启动子-GUS分析表明该基因的启动子在丛枝形成部位特异表达。由于该基因在菌根模式植物苜蓿中的直系同源基因Mt FatG（Medtr4g097510）同样受菌根诱导且在丛枝细胞中富集表达,我们构建了Mt FatG的RNAi干涉载体并转化苜蓿。结果表明干涉Mt FatG基因表达显著降低了菌根丛枝丰度,说明该基因可能通过影响丛枝细胞脂肪酸合成来调控菌根共生过程中的丛枝发育。4.植物向AMF输出糖分的关键基因SWEET1b的功能鉴定前期研究发现一个柑橘SWEET基因受到菌根强烈诱导表达,推测其可能与共生过程的植物糖分输出有关。基于此,我们利用菌根模式植物苜蓿为材料进一步开展研究。基于激光显微切割和RNA-seq分析发现,苜蓿26个具有糖分外排功能的SWEET糖转运蛋白中,只有MtSWEET1b基因在菌根丛枝细胞大量诱导表达,q RT-PCR分析表明MtSWEET1b的确受菌根接种诱导表达;启动子-GUS分析发现,该基因主要在菌根丛枝所在的细胞表达;基于自身启动子的亚细胞定位分析发现MtSWEET1b-GFP融合蛋白主要定位在植物与菌根真菌互作的膜界面Peri-arbuscular membrance（PAM）上。这些结果意味着MtSWEET1b是植物向菌根真菌转运糖分的理想转运蛋白。系统进化树分析发现MtSWEET1b与拟南芥中具有葡萄糖转运活性的At SWEET1属于同一个分支;基于酵母糖转运缺失突变体的互补实验进一步证实了MtSWEET1b的转运底物主要为葡萄糖。MtSWEET1b的氨基酸点突变Y57A或者G58D均能使MtSWEET1b的葡萄糖转运能力失活,但不影响MtSWEET1b的PAM定位,说明这两个氨基酸位点对该蛋白质的葡萄糖转运活性起关键调控作用。为进一步验证MtSWEET1b在菌根共生中的功能,我们在苜蓿中超表达这两个糖转运失活的蛋白MtSWEET1b-Y57A或MtSWEET1b-G58D,均导致了菌根丛枝的提前降解,说明显性抑制（Dominant Negative）MtSWEET1b影响了丛枝的维持。我们的结果表明,MtSWEET1b是植物向菌根真菌输出糖分的转运蛋白,且该蛋白对共生过程中的丛枝发育起重要调控作用。综上所述,本研究调查了柑橘响应菌根的关键基因;比较转录组分析发现木本植物柑橘与草本模式植物（苜蓿、百脉根、番茄和水稻）响应丛枝菌根形成的分子机制是保守的,由此筛选到了一批响应丛枝菌根的核心基因群,为丛枝菌根共生形成的分子机制研究提供了新的方法学;鉴定了一个新的菌根植物所特有且特异响应丛枝菌根共生的脂肪酸合成相关基因FatG,进一步完善了脂肪酸作为丛枝菌根真菌重要碳源的理论;首次解析了丛枝菌根共生过程寄主细胞向菌根真菌输出糖分的分子机制,即寄主细胞可通过特异定位于植菌互作膜界面膜PAM的糖转运蛋白MtSWEET1b向菌根真菌输出葡萄糖以维持共生关系,深入完善了植物与丛枝菌根真菌共生互作中寄主碳源输出机制的理论。