铁皮石斛lncRNA的检测及真菌影响下的差异性表达

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铁皮石斛(Dendrobium officinale Kimura et Migo)作为“药中黄金”,具有非常高的药用价值,然而由于过度采挖和药用副产品的浪费,铁皮石斛的野生资源日益匮乏,越来越多的研究者们将植物组培和人工栽培技术应用到药用铁皮石斛的生产中。作为一种典型的菌根共生植物,铁皮石斛的生长发育和活性产物的质量都受到共生真菌极大的影响,其与真菌的共生机制的研究是铁皮石斛人工繁育中重要的一环,但以往的研究对不同属真菌的覆盖不够全面,且少见分子层面的研究,对铁皮石斛Long noncoding RNA(lnc RNA)的研究报道更是未见。本实验从野生铁皮石斛中提取三种真菌,分别是镰刀菌属(Fusarium sp.)、小菇属(Mycena sp.)和胶膜菌属(Tulasnella sp.),将其分别与铁皮石斛进行共生培养和混合培养后,对铁皮石斛的各项生理指标和茎多糖及叶黄酮的含量进行测定。与无菌苗相比,和真菌共生的铁皮石斛株高和根长增长明显,无菌苗在培养后期出现叶片发黄、鲜重下降的现象。与真菌共生培养的铁皮石斛苗茎多糖和叶黄酮含量均高于无菌苗。不同的菌属对铁皮石斛生长发育的影响表现出了差异性,对铁皮石斛鲜重增长和株高增长促进作用最大的是胶膜菌属,对根长增长促进作用最大的是小菇属,对干重累积促进作用最大的是镰刀菌属。不同菌属对铁皮石斛活性物质累积的影响也表现出了差异性,其中影响最大的是胶膜菌属,影响最较小的是镰刀菌属和小菇属,这种差异在茎多糖含量的积累上最为显著,而三种真菌混合培养的效果均优于单独培养的效果。本实验通过对铁皮石斛有菌苗和无菌苗进行高通量测序,共获得26543组lnc RNA,并进行GO分析和KEGG富集分析,共得到1275组GO富集数据和20条KEGG富集通路,从中选取10组在有菌苗中显著上调的lnc RNA和10组显著下调的lnc RNA,利用生物信息学手段预测其lnc RNA与m RNA的调控关系。所选lnc RNA共涉及到5条富集的KEGG通路,分别在淀粉和蔗糖代谢途径(Starch and sucrose metabolism)和苯丙素生物合成途径(Phenylpropanoid biosynthesis)中上调,在植物激素信号转导(Plant hormone signal transduction)和内质网中的蛋白质加工途径(Protein processing in endoplasmic reticulum)中下调,剪接体途径(Spliceosome)中则同时存在表达上调和下调的靶向m RNA。在有菌苗中,蔗糖合成酶2的相关基因的表达水平提升证明了共生菌通过促进蔗糖代谢来促进铁皮石斛的多糖积累和生长发育;细胞壁合成关键酶苯丙烯醇脱氢酶4相关基因的上调证明了共生菌对其植株的支撑和抗倒伏起到益生作用;UBP1相关蛋白基因的上调证明了共生菌对寄主代谢水平的增强;前体m RNA剪接因子RDM16的下调为铁皮石斛菌根的形成和调控机制提供了一个新的分子层面的思路;植物激素信号转导途径中的F-box蛋白GID2和内质网中加工的热休克蛋白的下调说明了共生菌在铁皮石斛抗逆反应中起到的作用。本实验研究了真菌共生影响铁皮石斛生长发育水平和活性产物含量的分子机理,为铁皮石斛lnc RNA调控网络的探索做了铺垫,有助于对铁皮石斛疾病和异常的防控,在铁皮石斛的人工繁育领域有一定的应用价值。
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