论文部分内容阅读
植物释放的化感物质与其根际土壤微生物相互作用最终决定植物化感潜力已成为当前普遍认可的学术观点。前期研究发现,水稻第2号染色体上的PAL基因（PAL-2）是化感水稻PI312777酚酸类物质合成的重要功能基因,该基因被干扰后的转基因植株酚酸类物质合成能力和化感抑草效果均明显弱于野生型植株,且转基因水稻根际土壤中的细菌多样性降低,其中包括粘球菌等粘细菌属微生物。已有研究还发现强化感水稻PI312777根际土壤中粘球菌数量丰富,并显著高于非化感水稻根际土壤中的数量,暗示粘球菌在水稻化感作用根际生物学过程中具有重要作用。据此,为深入揭示酚酸类化感物质与化感水稻根际粘球菌的相互关系,本研究以强化感水稻PI312777（PI）、非化感水稻Lemont（LE）以及化感水稻PI312777的PAL-2基因过量表达（PAL-OE）和干扰（PAL-RNAi）的转基因植株为材料,经甲醇浸提法提取水稻五叶期根系分泌液进行过滤除菌后,分别接种和不接种强化感水稻根际黄色粘球菌,检测混合物对稗草萌发和生长的影响。生测结果显示,经过滤除菌的不同水稻根系浸提液对稗草的生长抑制率均未达到显著差异;而PAL-OE根系浸提液与黄色粘球菌混合物的抑草率显著高于野生型PI312777根系浸提液与粘球菌混合物的抑草率,PAL-RNAi根系浸提液与粘球菌混合物的抑草率则显著降低;进一步运用实时荧光定量PCR（qPCR）检测不同处理下土壤中粘球菌的数量,结果表明生物测试显示出的化感抑草能力的强弱与土壤粘球菌属微生物的数量呈现出明显的正相关,暗示PAL-2基因调控酚酸类化感物质的合成与分泌后进一步影响了土壤中粘球菌属微生物的群体生长,最终对受体稗草产生化感效应。在此基础上,利用阿魏酸和肉桂酸对黄色粘球菌进行诱导培养,并动态检测黄色粘球菌的生长变化情况以及粘细菌对酚酸类物质的利用率,结果表明,适宜浓度的阿魏酸和肉桂酸均可作为信号物质促进粘细菌细胞的增殖,其中以0.10mM阿魏酸对黄色粘细菌增殖的促进作用最为明显。进一步利用二甲基化标记技术对阿魏酸诱导下黄色粘球菌菌体蛋白及分泌至发酵液中蛋白进行质谱鉴定,结果显示黄色粘球菌蛋白质表达量显著地受阿魏酸处理影响,其中在0.05mM与O.10mM阿魏酸诱导下,鉴定到共同上调表达的蛋白质76种,共同下调表达的蛋白质56种,其中共同上调表达的蛋白质涉及的功能包括营养生长、运动、信号响应与转导、代谢过程、次级代谢物质产生、群体捕食、转运和胞内运输等。对重要差异蛋白进行转录水平验证,结果显示不同浓度阿魏酸诱导下frzS、MXAN2023、MXAN3668和MXAN3339基因在mRNA水平和相应蛋白水平的变化情况基本一致。进一步对Frz基因家族另外5个成员基因frzA、frzB、frzCD、frzE、frzG的表达变化模式进行检测,结果也显示0.1OmM阿魏酸诱导下黄色粘球菌中5个Frz成员基因均明显上调表达。上述研究结果初步揭示了具有化感抑草潜力的化感水稻根际黄色粘球菌的增殖机制,为深入理解水稻酚酸类化感物质与根际土壤微生物的相互作用机制提供了理论依据。