AMF对盐胁迫下草莓根系变化的调控机理

Recently the cultivation area of strawberry are expanding rapidly in Inner Mongolia, although the widely distributed saline soil and secondary salinization in greenhouse become the main factors limiting strawberry development. Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) is an effective way of saline soil bioremediation and can improve the stress tolerance of plants. Our previous studies have found that the AMF can enhance the salt resistance of strawberry, and explained part of the mechanism of AMF improvement on salt tolerance of strawberry from the perspective of plant growth, root morphological characteristics, leaf ion absorption and leaf protective enzyme system. But the strawberry root is the original parts perceiving salt stress, and it is not clear that how AMF regulate strawberry root response to salt stress. So this study focus on root microstructure and ultrastructure, root ion absorption, root exudates, root protective enzyme and root transcriptome of strawberry after AMF infection under salt stress. The objective of this study is to clearly understand the fine mechanism of AMF alleviation of salinity stress on strawberry from the perspective of cytology, physiology, transcriptome. Therefore, the results can offer some insight into salt tolerance on strawberry under gene expression level and provide theoretical basis for application of mycorrhiza and resistance breeding.

近年来，内蒙古地区草莓的栽培面积迅速扩大，但大面积的盐碱土、温室土壤次生盐碱化成为草莓在本地区发展的主要限制因子。丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi, AMF）是一种有效的盐碱土生物修复方式，可以提高植物的抗逆能力。我们之前的研究发现AMF能够提高草莓的耐盐性，并且从草莓植株生长、根系形态特征、叶片离子吸收及叶片保护酶系统等角度解释了AMF提高草莓耐盐性的部分机制。但是根系是草莓感知盐胁迫的原初部位，AMF怎样调控草莓根系应答盐胁迫的精细机制还不清楚，因此本项目着重从根系变化的角度，研究盐胁迫下AMF侵染后草莓根系显微及超微结构、根系离子吸收、根系分泌物、根系保护酶系统、根系转录组测序的变化，从细胞学、生理学、转录组学三个层次揭示AMF调控草莓根系应答盐胁迫的精细机制，从基因表达水平深入了解草莓的耐盐机理，为菌根应用于抗逆促长栽培、抗性育种提供理论依据。

盐胁迫是植物最容易遭受的非生物胁迫之一，利用丛枝菌根真菌（AMF）缓解植物遭受复合盐胁迫伤害的机理尚未完全清晰。本项目以草莓根系为研究对象，从细胞学角度、生理生化角度、转录组学角度、代谢组学角度揭示AMF缓解草莓遭受复合盐胁迫伤害的机理。结果表明：1）AMF菌根侵染率随复合盐胁迫浓度上升而下降，接种AMF可降低草莓盐害指数。2）接种AMF改变了复合盐胁迫下草莓根系的拓扑结构，增加了草莓根系的直径、皮层厚度、中柱直径以及导管数等指标，改变了草莓根系的超微结构。3）接种AMF降低了复合盐胁迫下草莓根系的丙二醛含量，提高了草莓根系可溶性糖和可溶性蛋白含量，提高了草莓根系保护酶活性。接种AMF提高了草莓根系对氮、磷、钾元素的吸收，降低了草莓根系对钠的吸收。4）复合盐胁迫下，接菌组草莓根际微生物数量增加，根际土壤和根系分泌物脲酶、蔗糖酶、淀粉酶活性增强。复合盐胁迫7天和28天接菌组草莓根系分泌物均发生改变，部分代谢物上调，部分代谢物下调。5）转录组结果表明，100mmol/L复合盐胁迫和对照的差异基因有434条，100mmol/L复合盐胁迫下接种AMF和对照的差异基因有2753条，其中共表达的基因248条。对差异基因的GO分析显示差异基因功能主要为参与代谢进程、细胞膜成分和结合蛋白。KEGG富集分析发现，差异基因最多的代谢途径为倍半萜和三萜的生物合成通路和半乳糖代谢通路。研究结果揭示了AMF调控草莓根系响应盐胁迫的作用机理，为减轻盐胁迫逆境对草莓生产的危害，提高草莓抗盐性提供了可行性措施，对实现草莓高产优质栽培、提高盐碱土利用效率、解决温室次生盐碱化问题和AMF在生态果业中的开发利用提供了依据。