群体感应分子及群体感应重组植物提高抗病性的生态学机理研究

群体感应（quorum sensing，QS）是微生物种群内与微生物种群间的一种通讯方式，它通过群体感应信号分子（QS signal moleculars）来调节种群表达与代谢，使个体行为成为一个群体行为。目前研究发现产QS信号分子的重组植物可以提高植物的抗病性，但是QS信号分子如何影响重组植物微生物种群及致病菌还没有明确的答案。本课题是在和英国诺丁汉大学的Dr.Fray教授前期合作基础上来揭示产QS信号分子AHL的重组植物提高抗病性的生态学机理，课题将回答以下几个方面的问题：1）叶际微生物产生什么样的QS信号分子和重组植物对它的影响？2）产QS信号分子的重组植物对植物叶际微生物种群的影响？3) 产QS信号分子重组植物对叶际微生物定植（settlement）的影响? 4）对叶际致病菌定植与相关基因表达的影响？这些问题的回答，为今后抗病重组植物的构建和减少农药用量提供了一定的理论指导。

植物的叶际存在数量巨大且多种多样的微生物种群，这些叶际微生物种群间的相互作用以及它们的代谢物影响着植物的健康。微生物可以借助化学交流的方式，利用群体感应调控自身的行为，通过种群内和种群间的相互作用发挥种群的生态学功能。尽管群体感应对于实现微生物种群的生态学功能具有重要的作用，然而对基于群体感应的叶际微生物种群行为的研究甚少。本课题以烟草叶际微生物为研究对象，综合运用了微生物学和分子生态学的研究手段和方法，调查了烟草叶际群体感应信号分子酰基高丝氨酸内脂（AHL）相关的微生物，同时也研究了产AHL的重组烟草对整个叶际微生物种群的影响，并探讨了不同AHL的浓度对叶际微生物群落的影响以及AHL相关的典型菌在叶际的个体行为，初步认识了产AHL的重组植物抗病的可能生态学机制：(1) 重组植物叶际微生物种群发生了变化，这种形成的土著微生物种群间的动态平衡，对外来微生物等的扰动具有一定的抗冲击能力，一定程度上防御了如植物致病菌的侵袭等。(2) 转基因烟草产的AHL干扰了Pta早期的基因表达，刺激了植物防御反应。在转基因烟草烟草与Pta相互作用的早期中，转基因烟草的AHL提高了Pta的鞭毛蛋白的合成，刺激了植物的免疫能力，而此时的Pta的毒性并没有明显增加，使得植物抵抗了Pta的入侵。