【摘要】：多粘類芽孢桿菌 SQR-21(Paenibacillus polymyxa SQR-21,簡稱 SQR-21)是本實驗室從西瓜種植發(fā)病區(qū)健康植株根際分離得到的一株兼具促生及生防功能的根際有益菌(plantgrowth-promotingrhizobacteria,PGPR),該菌株在實驗室條件下能夠強烈抑制西瓜枯萎病病原菌的生長。施用由菌株SQR-21制成的生物有機肥能夠顯著降低西瓜枯萎病發(fā)病率以及土壤中病原菌的數(shù)量,是一株具有良好應(yīng)用前景的植物根際有益菌。前期已圍繞該菌株(SQR-21)、病原菌尖孢鐮刀菌(Fusarium oxysorumf.sp.niveum,FON)及宿主植物西瓜三者互作關(guān)系或其兩兩互作關(guān)系展開大量研究,并取得較多成果,但仍存在許多互作機制有待明確,深入了解SQR-21與植物根際互作的機制對指導其合理施用具有重要意義。本研究以SQR-21和FON為供試菌株,采用水培的試驗方法,分別研究了(1)采用Illumina高通量測序技術(shù),研究SQR-21及FON定殖于西瓜根系后,根系轉(zhuǎn)錄水平差異;(2)通過非標記定量蛋白質(zhì)組學分析技術(shù),研究SQR-21或FON定殖于根系后,根系蛋白的表達差異;(3)在西瓜營養(yǎng)生長階段接種SQR-21或FON,收集菌株定殖后不同時期的根系樣品,結(jié)合蛋白質(zhì)組學技術(shù),研究根系蛋白表達的動態(tài)變化,獲得如下主要結(jié)果:1.在西瓜營養(yǎng)生長階段采用水培分根的處理方法,在分根盒兩側(cè),一側(cè)接種病原菌FON或拮抗菌SQR-21或同時接種兩種菌,另一側(cè)不接菌處理,收集提取各處理不接菌一側(cè)的西瓜根系,處理依次為B-CK、C-CK、D-CK(兩種菌接種同一根室)、E-CK(兩種菌接種于不同根室),提取根組織RNA,然后通過轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù),研究西瓜根系與SQR-21及FON互作的條件下的根系基因表達情況。結(jié)果表明,接種病原菌FON的處理(B-CK)與對照(CK)相比,共有38個基因表達差異顯著,其中2個基因表達上調(diào),36個基因表達下調(diào);接種SQR-21的處理(C-CK)與對照(CK)相比,共有3068個基因表達差異顯著,其中1817個基因表達上調(diào),1251個基因表達下調(diào);同時接種FON與SQR-21于同一根室的處理(D-CK)與對照(CK)相比,共有2118個基因表達差異顯著,其中1296個基因表達上調(diào),822個基因表達下調(diào);同時接種FON與SQR-21于不同根室的處理(E-CK)與對照(CK)相比,共有2511個基因表達差異顯著,其中1380個基因表達上調(diào),1131個基因表達下調(diào)。差異表達基因主要包括調(diào)控細胞基礎(chǔ)代謝(主要包括碳水化合物轉(zhuǎn)運與代謝、氨基酸代謝與轉(zhuǎn)運和能量產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化)、次級代謝產(chǎn)物合成、轉(zhuǎn)運、信號轉(zhuǎn)導以及防御機制等。說明SQR-21能夠通過提高西瓜根系能量代謝相關(guān)基因的表達促進西瓜生長,同時,提高相關(guān)信號轉(zhuǎn)導與抗病相關(guān)基因的表達,調(diào)控根系抗病蛋白,增強植物抗病性。2、同樣采用水培分根的處理方法,對西瓜根系蛋白質(zhì)組學研究表明,接種病原菌FON的處理(B-CK)與對照(CK)相比,差異表達蛋白中,有37個蛋白表達上調(diào),32個蛋白表達下調(diào);接種SQR-21的處理(C-CK)與對照相比(CK)差異表達蛋白中,有57個蛋白表達上調(diào),62個蛋白表達下調(diào);同時接種FON與SQR-21于同一根室的處理(D-CK)與對照(CK)相比,差異表達蛋白中,有69個蛋白表達上調(diào),61個蛋白表達下調(diào)。GO分析和KEGG富集分析表明,單獨接種FON、SQR-21以及同時接種兩種菌,西瓜根系差異表達蛋白的分子功能以結(jié)合類蛋白,氧化還原相關(guān)蛋白為主。在通路富集方面,同樣都富集到了代謝途徑,次生代謝產(chǎn)物的生物合成、碳代謝,糖酵解途徑,說明不同接菌處理在西瓜根系細胞的基礎(chǔ)代謝方面均有一定的促進作用。而接種SQR-21的處理中西瓜根系中能量代謝,光合作用相關(guān)蛋白的表達數(shù)量相對更高,且抗病相關(guān)蛋白及其參與的代謝通路富集程度也相對較高,表明,SQR-21除了能夠促進西瓜植株生長,誘導抗病蛋白外,還能夠減輕病原菌FON對西瓜植株的傷害。3、微生物與根系互作不同時間對根系蛋白的影響也存在一定差異,在西瓜營養(yǎng)生長階段,分別接種FON、SQR-21及同時接種兩種菌(F21),收集前、中、后三個時期根系樣品(每十天收集一次根系樣品),進行蛋白質(zhì)組學分析,結(jié)果表明,在西瓜根系接種病原菌FON,與對照相比,三個時期蛋白的表達差異,前期:57個蛋白表達上調(diào),50個蛋白表達下調(diào),中期:63個蛋白表達上調(diào),112個蛋白表達下調(diào),后期,23個蛋白表達上調(diào),30個蛋白表達下調(diào);接種芽孢桿菌SQR-21,與對照相比,三個時期蛋白的表達差異,前期:61個蛋白表達上調(diào),32個蛋白表達下調(diào),中期:28個蛋白表達上調(diào),23個蛋白表達下調(diào),后期:50個蛋白表達上調(diào),64個蛋白表達下調(diào);而同時接種FON與SQR-21,與對照相比,三個時期蛋白的表達差異,前期:95個蛋白表達上調(diào),68個蛋白表達下調(diào),中期:66個蛋白表達上調(diào),124個蛋白表達下調(diào),后期:27個蛋白表達上調(diào),23個蛋白表達下調(diào)。接種初期基礎(chǔ)代謝相關(guān)蛋白和調(diào)控類相關(guān)蛋白的表達均有一定上調(diào),抵御氧化脅迫和耐受蛋白表達也有所上調(diào),增強植物對外界環(huán)境的適應(yīng);中期與后期,有實際作用的蛋白如信號轉(zhuǎn)導蛋白等表達活躍,隨著西瓜生育進程的變化,根系保護系統(tǒng)逐漸趨于完善,逆境自我調(diào)節(jié)能力增強,有利于提高西瓜的抗逆性。以上結(jié)果表明,接種SQR-21或FON后均能夠誘導西瓜根系抗性基因的表達從而調(diào)控相關(guān)蛋白,而SQR-21同時能夠提高代謝相關(guān)基因的的表達,在增強西瓜抗病性的同時,促進生長。且隨著接種時間的延長根系內(nèi)的蛋白表達也隨之變化。 【學位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S651;S154.3

【圖文】：

差異基因分析結(jié)果的可靠性。因此，樣品間基因表達水平相關(guān)性是檢驗實驗可靠性和逡逑樣本選擇是否合理的重要指標。相關(guān)系數(shù)越接近１，表明樣品之間表達模式的相似度逡逑越高。本研宄中要求生物學重復(fù)樣品間Ｒ２至少要大于０．８。圖２－１所示，樣品的相關(guān)逡逑性系數(shù)Ｒ２邋２邋０．９，說明樣品選擇合理，試驗的生物學重復(fù)很好，可以進行下一步的檢逡逑測分析。逡逑Ｐｅａｒｓｏｎ邋ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｓａｍｐｌｅｓ逡逑－Ｏ．Ｓ？邋ＣＯＭ邐０？？邋Ｃ．８７邋０．９１？邋Ｃ６Ｍ邋ＯＢＩ＊邋ＤＯ邋＆Ｓ１？邋ＯＢＭ邐？逡逑ｒ邋．邋？邋＜邋－邐０Ｍ？邋ｃ．９６８邋Ｃ．％４邋０＊？邋０Ｗ８邋ＯＳ７邋３邋８？？邐０Ｊ３邋0ｔ？２Ｓ邋３？邐３Ｓｔ３邋０Ｓ２？．邐６＾邋＇ｔ邋＇逡逑ＣＫ邐ｏ？ａ邋ｏ．ｓｃｖ邋ｓｅａ邐ｃ．＊３２邋ｃ？ａ邐0？ｉ７邋0￥0逡逑．＿：邋．邋．邋？邋－邐ＡｉＳｉ邋ｃ－？？邋ａ邋ａ＃邋0．９７ｉ邋ｅｓ＊邋＾邐ｓｓｔｓ邋ｅ邋ｗｅ邐３邐０４５邋ｄＷｅ邋０ｉ４３Ｓ逡逑Ｄ邋ＣＫ２邋－邋０邋６５６邋ｃ？３５邐ＯＨＳ？邋ｃ？７ｉ邐，，邋ｓｓｒ＾邐－３．ｓ：３邋Ｃ．９Ｊ２逡逑0邐－邐０？？邋ＣＭ９邋0．？Ｍ邋ｏ－ｗｅ邋０？３４邋０＊ｉ；邐ＯＷｔ邐ＫＩ．ＫＡ邐ｉ邋ＳＣ；邋０＊邋Ｃ＊邐＾邋ｑｑｑ逡逑Ｃ＿ＣＫ３邋－邐Ｑ．ＳＭ邋３．３Ｂ！邋０Ｓ７２．邐０．ＳＴ７邐｜邋Ｃ邋３６５邐Ｏ邐Ｃ邋Ｓ３邋ｔｔＳＺＳ邋＆Ｓ２＊邐0邋９７５逡逑＇邐－邐Ｏｔｖ，邋３？－邋ａ３７＊邋ｔｔｖｒｔ邋ａｅｖ邋ｉｓｍ邋％＞％；邋？３？ｒ邐0？？邋ｃｓｓ邋ｃｓ？逡逑

圖２－４基于ＧＯ注釋，Ｂ－ＣＫ邋ｖｓ邋ＣＫ的差異?

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本文編號：2712355