丛枝菌根菌丝桥介导的玉米与番茄植株间的化学通讯及其信号分子

植物可以借助挥发物进行植株间通讯。本课题组前一个基金课题中首次发现番茄可以通过在土壤中广泛存在的丛枝菌根菌丝网络（菌丝桥）在同种植株间传递抗病信号。然而，不同物种植株间是否可通过菌根菌丝网络传递抗虫信号以及植株间通过什么信号分子进行化学通信缺乏研究。本项目拟在玉米和番茄植株间建立菌根菌丝桥后，让棉铃虫或斜纹夜蛾取食供体玉米，然后测定受体番茄植株抗虫性变化；抗虫相关酶活性的变化；分离鉴定受体被诱导的抗虫物质；通过实时定量RT-PCR等方法，研究对受体番茄蛋白酶抑制剂基因和防御反应基因、水杨酸和茉莉酸信号转导途径关键酶合成基因表达的影响。外源使用信号物质处理供体植物，研究受体植物的抗性变化和防御反应。使用带同位素的信号物质进行示踪，阐明异种植株间通过菌丝桥传递的信号分子。研究对揭示植物间的地下通讯、菌根菌丝桥的生态学功能、菌根菌与植物以及害虫之间的协同进化关系均有重要的理论意义

丛枝菌根菌丝桥（菌丝网络）构成了植物在地下进行物质交换和信息交流的通道，已有研究表明菌根菌丝桥能作为同种植物间信息交流的通道，传递同种植物间的伤害信号。对于丛枝菌根菌丝桥能否作为不同植物间地下信息交流的通道传递防御信号值得进一步的研究。本研究以玉米为供体，番茄为受体，采用网室分隔法，利用丛枝菌根真菌（AMF）摩西球囊霉（Glomus mosseae）在供体与受体间建立菌根菌丝桥。在供体玉米上进行广食性害虫斜纹夜蛾（Spodoptera litura）取食、专食性害虫玉米螟（Pyrausta nubilalis）取食和喷施水杨酸甲酯三种处理，通过Real-Time PCR、酶活性检测等方法研究了受体番茄叶片3个信号转导途径关键酶合成基因、1种病程相关蛋白基因和蛋白酶抑制剂基因的转录响应，以及受体番茄叶片中苯丙氨酸解氨酶（PAL）、过氧化物酶(POD)、过氧化物歧化酶(SOD)、多酚氧化酶（PPO）、过氧化氢酶(CAT)活性的变化。从生理与分子水平上证明丛枝菌根菌丝网络能介导玉米与番茄植株间的地下部通讯，使供体玉米邻近健康受体番茄植株提前做好防御反应。主要研究结果如下：（1）斜纹夜蛾取食预先接种AMF的供体玉米叶片后，与供体玉米植株有菌根菌丝网络连接的邻近健康受体番茄叶片的茉莉酸信号转导途径关键合成酶LOX、AOC 基因、水杨酸合成途径关键合成酶PAL 基因、病程相关蛋白PR3 基因和蛋白酶抑制剂基因PI-1都被诱导表达，其表达量都显著高于没有菌根菌丝网络连接的对照处理。此外，受体番茄植物叶片中过氧化氢酶（CAT）、过氧化物歧化酶(SOD)、多酚氧化酶(PPO)的活性也显著升高；玉米螟取食供体玉米叶片后，有菌丝桥连接的邻近健康受体番茄叶片中的CAT、SOD、PAL酶活性也升高。（2）对供体玉米植株叶片喷施水杨酸甲酯，有菌根菌丝桥连接的防御相关的基因和酶活性均受到强烈的诱导表达。研究揭示了不同植物种间通过菌根菌丝网络进行防御信号的传递，表明邻近植物通过菌根菌丝网络可以偷听到邻居受害信号，提前提高防备能力，通过该网络植物群落可以产生系统防御。