陕北花马盐湖真菌多样性、耐盐逆境及其HOG1功能基因研究

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极端盐环境真菌在生命进化的历程中,形成独特的群落结构、遗传特性、生理机制和代谢类型,因此具有重要的理论和应用价值。本论文通过纯培养技术和454高通量测序方法研究陕北花马古盐湖高盐沉积物及耐盐植物的内生真菌多样性,探讨影响盐湖沉积物真菌分布格局的主要地化因素;获得不同真菌的HOG1基因片段和极端嗜盐真菌优势类群—阿姆斯特丹曲霉HOG1的全长序列,初步探讨盐湖代表性真菌的耐盐机理。本论文主要研究结果如下:  (1)建立花马盐湖沉积物及耐盐植物的耐(嗜)盐真菌的分离方法,并揭示可培养真菌的多样性  利用含盐浓度不同cPDA、YPG和MEA培养基分别从花马盐湖3类高盐样品、盐蒿和紫花苜蓿组织中分别获得2267、912和1215株真菌纯培养物,高盐土样的真菌丰富度明显多于盐壳和水泽样的真菌。盐湖高盐样品在含2.5%氯化钠的cPDA上出菌率最高,而两种耐盐植物的内生耐盐真菌在含15%盐浓度的YPG上出菌率最高。  基于形态学和ITS、18S rRNA、28S rRNA、RNA聚合酶基因及β-微管蛋白基因的系统发育关系对分离菌株进行分类鉴定。共获得31个真菌属,其中从盐湖水泽样和湖岸盐壳样中分别获得9个属和14个属真菌,以曲霉属为优势属;从湖岸高盐土样中分离到14个属,以节担菌属为优势属;从盐蒿和紫花苜蓿中各获得6个属内生真菌,分别以小球腔菌属和毛霉属为优势属。  (2)利用454高通量测序技术探明花马盐湖沉积物及紫花苜蓿免培养内生真菌多样性,并确定了影响真菌群落分布的因素  利用454高通量测序技术分别从花马盐湖水泽样、盐壳样和高盐土样中分别获得4645、1677及5912条有效序列。基于97%的序列相似性分析表明,上述序列属于74个真核微生物属,其中64个为真菌属。从紫花苜蓿组织中检测到4729条潜在真菌ITS序列,获得10个真菌属。在盐湖不同高盐样品间、紫花苜蓿组织中有相同的真菌种属,但大多数种属是不同的,表明花马盐湖高盐样品和耐盐植物组织中存在不同的真菌分布格局。  花马盐湖盐离子(K+、Na+、Ca2+及Mg2+)浓度在不同样品中差异较大,总氮含量变化不明显,样品pH值在7.9到9.5间。真菌群落同环境因子的关联性分析表明,pH值是花马盐湖真菌分布格局的影响因子之一,其中pH值同pH8.0样品的微生物多样性呈负相关性,而pH值同pH≥9.0样品的微生物多样性呈正相关性。无机盐离子和总氮含量和样品真菌群落结构和多样性无明显无相关性。  (3)分析花马盐湖耐(嗜)盐真菌耐盐逆境机理  真菌耐盐性研究表明,花马盐湖耐盐菌占分离菌株数的31.4%,轻度耐盐菌占28.6%及中度嗜盐菌占27.1%。对真菌耐盐逆境研究结果发现,随盐浓度的增加,耐(嗜)盐真菌菌落颜色先变深再变浅,细胞壁加厚,产生厚垣孢子,菌丝易形成聚集体,菌丝从营养生长转入生殖生长,产孢结构和孢子数量增加显著。这些形态及生殖方式的变化是真菌适应胞外高渗透压逆境的结果。  通过PCR扩增获得83个耐(嗜)盐真菌的HOG1基因片段(500~600 bp),演绎的氨基酸序列在多个位点上高度保守,“TGY即苏氨酸-甘氨酸-络氨酸”为HOG1 MAPK的磷酸化位点,“HEYLAPYHDPTDEPEAQE”为该激酶的C末端结合结构域,激活的HOG1 MAPK调控耐盐基因表达应答胞外渗透压胁迫。获得嗜盐真菌阿姆斯特丹曲霉HOG1基因的全长序列,其氨基酸序列同极端嗜盐真菌蜡叶散囊菌的HOG1 MAPK序列同源性高达87%。通过比较不同真菌HOG1MAPK氨基酸序列发现,HOG1 MAPK高度保守,该基因的遗传关系可能同菌株的耐(嗜)盐性强弱没有相关性。  本研究建立盐湖耐(嗜)盐真菌的分离方法,挖掘出多样的耐(嗜)盐真菌物种,确定了影响真菌群落分布的因素,初步探讨代表真菌的耐(嗜)盐机制,并获得多样的HOG1耐盐基因资源,将为进一步研究不同高盐环境中耐(嗜)盐真菌物种分布格局、构建HOG1转基因植株提高作物耐盐逆境从而推进耐盐碱农业等方面具有重要的意义。
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