菌根(mycorrhiza)是植物和真菌形成的一种互利共生体。化石表明,菌根在植物登陆时就出现了,约80％的陆地植物能形成菌根。泡囊丛枝菌根(vesicularaurbuscular mycorrhiza,VAM,简称丛枝菌根,AM)是其中的一大类。植物从菌根中主要得到生长发育所需的磷,而菌根真菌得到植物光合作用产物－－糖。菌根对于植物的生长发育具有重要意义,因此围绕菌根已经开展了很多工作,但是有关菌根的分子机理研究较少,因而对于菌根的分子调控认识仍然有限。由于豆科植物具有重要的经济意义,而豆科植物既能形成菌根又能形成根瘤,以豆科植物为材料来研究共生关系的文献报道较多,研究根瘤的分子机理为主兼顾研究菌根的分子机理。在共生体形成的过程中,共生受体类似激酶基因SYMRK(symbiosisreceptor-like kinase,SYMRK)起到极其关键的作用。本研究从豆科植物出发,克隆到山黧豆LsSYMRK基因,探讨了茄科植物烟草和矮牵牛菌根形成过程中相关基因的表达变化,同时在菌根植物和非菌根植物中通过转基因技术,过量表达LsSYMRK或用针对SYMRK的RNAi手段来探讨SYMRK基因的功能。还对烟草菌根的部分影响因素进行了探讨,证实了大豆异黄酮染料木素对烟草菌根形成的影响,以及菌根帮助细菌(mycorrhiza helper bacteria,MHB)对烟草菌根的影响。研究结果主要包括以下几个方面:　　从山黧豆(Lathyrus sativus)根中克隆到LsSYMRK基因及其上游序列,分析了该基因编码的氨基酸序列的特性,建立了基于SYMRK蛋白的系统树,同时对LsSYMRK上游调控序列进行了分析,实验证明其具有启动子的功能。　　从烟草根中克隆SYMRK(NtSYMRK)基因编码激酶区域的cDNA片段,探测了连续时间段内不同的菌根侵染率情况下,烟草菌根形成相关基因的表达变化以及对5个磷酸转运蛋白基因表达的影响,揭示了NtPT5超强表达是菌根特异诱导所致。　　对矮牵牛菌根发育过程中相关基因的表达变化作了检测,在矮牵牛菌根侵染率为80％的情况下,PhPT4和PhPT5变化极其显著。与对照相比,PhPT4的表达量提高了60倍,实验表明PhPT4为矮牵牛菌根特异诱导表达的磷酸转运蛋白基因。　　在了解烟草和矮牵牛植株菌根形成相关基因的表达变化基础上,将LsSYMRK基因导入烟草中,能提高烟草NtSYMRK、NtCCaMK1以及NtPT1、NtPIf3、NtPT5基因的表达;在矮牵牛过表达LsSYMRK,对PhSYMRK、PhCCaMK和PhPT1-5基因表达都有提高,同时能加快烟草和矮牵牛菌根的发育。　　构建NtSYMRKi载体转化烟草,发现能降低NtSYMRK的表达活性,同时对NtCCaMK1、NtCCaMK2、NtPT2、NtPT4和NtPT5基因表达有下调作用,而NtPT1和NtPT3反而升高。实验证明NtSYMRKi降低了烟草菌根的侵染率。　　拟南芥是非菌根植物,本研究尝试将LsSYMRK转入到拟南芥中,探究其根受真菌的影响。通过显微镜观察,发现真菌菌丝能侵入到转LsSYMRK基因的拟南芥根中,但是菌丝不能在根细胞内正常发育进而形成丛枝,对真菌的种类确定也有待进一步的研究。　　为了从分子水平上探寻异黄酮对菌根形成的影响,本文利用烟草模式植物实验系统研究一种大豆异黄酮染料木素(genistein)对菌根的影响。将异黄酮合酶基因(IFS)导入烟草,烟草根表达IFS并代谢产生染料木素,导致菌根侵染率的增加。外加染料木素也会使烟草菌根产生类似的作用。结果表明染料木素有助于非豆科植物烟草菌根菌的侵染。　　有益微生物可通过改变根际土壤微环境从而提高根系对菌根真菌侵染的感受性。其中有一类细菌称为菌根帮助细菌。本文从自然培育的烟草根际分离并鉴定出3种细菌,分别是枯草芽孢杆菌、产黄假单孢菌和绿脓杆菌。将它们分别接种于烟草根部,发现产黄假单胞菌能促进烟草菌根的发育,提高烟草菌根的侵染率,初步判断产黄假单胞菌是烟草菌根的MHB。　　综上所述,本研究检测了非豆科植物烟草和矮牵牛菌根形成过程中相关基因的表达变化。利用转基因技术,过量表达或者抑制SYMRK基因,发现SYMRK在菌根形成中发挥重要作用,同时揭示了染料木素能提高烟草菌根的侵染率,找到了一种烟草菌根帮助细菌,对非豆科植物丛枝菌根的分子调控有了进一步的认识。