【摘 要】
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小麦赤霉病不仅严重影响了小麦的产量,还可能危害人畜的健康,筛选小麦赤霉病的抗源和研究赤霉病拮抗细菌是防治赤霉病的有效途径。本研究以392份不同小麦品种(系)和小麦赤霉病拮抗菌I2为主要研究材料,其中小麦赤霉病拮抗菌I2是本实验室从雅安小麦田中分离得到的一株多粘类芽孢杆菌,目前已对其拮抗能力和生物学特性进行研究。本文对392份小麦品种(系)进行了赤霉病田间抗性鉴定;对小麦赤霉病拮抗菌I2的培养条件进
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小麦赤霉病不仅严重影响了小麦的产量,还可能危害人畜的健康,筛选小麦赤霉病的抗源和研究赤霉病拮抗细菌是防治赤霉病的有效途径。本研究以392份不同小麦品种(系)和小麦赤霉病拮抗菌I2为主要研究材料,其中小麦赤霉病拮抗菌I2是本实验室从雅安小麦田中分离得到的一株多粘类芽孢杆菌,目前已对其拮抗能力和生物学特性进行研究。本文对392份小麦品种(系)进行了赤霉病田间抗性鉴定;对小麦赤霉病拮抗菌I2的培养条件进行了优化;研究了小麦赤霉病拮抗菌I2对植物生长的影响;利用全基因组测序,对小麦赤霉病拮抗菌I2的基因组进行测序。通过以上研究获得的主要结果如下:1.通过对不同小麦品种进行赤霉病田间抗性鉴定,表明仅扬麦5号、望水白和蜀麦126为中等抗性。从392份小麦材料中,筛选出8个小麦材料对赤霉病表现为高等抗性,有74个材料表现为中等抗性,分别占品种(系)总数的2.0%和18.8%,其他的品种(系)均表现为中感或高感。2.本研究对菌株I2的培养温度和培养基碳源和氮源含量进行了优化,结果表明I2的最适培养温度应为30℃;使用碳源为蔗糖的改良培养基能够显著提高I2的生长量和抑制率,且蔗糖的最佳含量为5 g/L;氮源的改变及其含量的多少对I2的生长量和抑制率没有显著影响。3.将小麦赤霉病拮抗菌I2与小麦或拟南芥共培养,研究菌株I2的促生能力。结果表明I2能够促进小麦幼苗主根和叶片的伸长;能够抑制拟南芥幼苗主根的伸长,促进侧根的形成和根毛的发育。4.本研究对小麦赤霉病拮抗菌I2的基因组进行测序分析,利用Illumina公司Hiseq2500平台进行2×150 bp测序,测序结果显示,菌株I2的基因组总长度为5690701 bp,G+C含量为45.48%,总共有5091个编码基因被成功预测,占基因组的86.32%。根据COG注释结果,共有3253个有明确的蛋白功能分类。根据KEGG注释结果,菌株I2具有生物合成吲哚生物碱、丁胺菌素、新霉素、万古霉素类抗生素、新生霉素、链霉素、青霉素、头孢菌素的基因。根据CAZy注释结果,纤维素相关的酶或结合结构域53个,几丁质相关的酶或结合结构域41个。使用anti SMASH数据库对次级代谢产物的基因簇在线注释,共发现5个抗生素合成相关基因簇。使用Signal P进行信号肽蛋白预测,发现多个与拮抗可能相关的蛋白:溶菌酶M1前体、杆菌溶菌素前体、几丁质酶A1前体。通过ANI和DDH分析,菌株I2与SQR-21、HY96-2的ANI值和DDH值分别为98.99%、98.75%和91.60%、90.70%,表明I2与SQR-21、HY96-2应为同种。通过与NR数据库进行比对,菌株I2与SQR-21比对得到的序列最多。通过RDP4检测杀镰孢菌素基因中可能发生的重组事件,发现重组事件多数发生在基因的中下游区域。杆菌溶菌素前体基因中没有检测到任何疑似的重组事件,表明杆菌溶菌素前体基因比杀镰孢菌素基因更稳定。根据基于杆菌溶菌素前体基因构建的系统进化树发现,菌株E681和ACCT 15970的杆菌溶菌素前体基因与其他的7个菌株的差异较大,可能与其他菌株不是一个种。菌株I2与菌株SQR-21和HY96-2的杆菌溶菌素前体基因同源性最高。综上所述,小麦品种赤霉病抗性较差,仅扬麦5号、望水白和蜀麦126表现为中等抗性;本研究筛选出8个小麦材料对赤霉病表现为高等抗性,74个材料表现为中等抗性,为小麦抗赤霉病的选育提供了抗源;本研究发现,菌株I2的最适培养温度是30℃,碳源蔗糖的最佳含量为5 g/L,为后期该菌株的研究奠定了基础;菌株I2具有促进植物生长的功能,作为一种根际促生菌,可能引起植物的诱导性抗性,从而提高植物对病原物的抗性;完成了菌株I2基因组的测序,为该菌的拮抗促生基因的筛选和拮抗机制研究提供理论基础,为后续功能基因组学研究提供数据和理论依据,帮助其能够早日应用在农业生产之中。
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