AM真菌与紫穗槐形成菌根过程中共生相关蛋白的研究

丛枝菌根（AM）联合体的形成，是共生体系中的双方通过相互识别并发生一系列复杂的形态学和生理学变化，在双方自我调节基础上完成的。目前对于林木形成丛枝菌根共生体系过程中，宿主根系接受AM真菌侵入形成联合体的分子机制仍是不清楚，而细胞产生的应答反应又是一个复杂而精确的过程。本项研究以AM真菌-紫穗槐共生体为模式材料，在完成初始识别信号研究工作的基础上，继续深入揭示AM真菌与紫穗槐形成共生体过程中产生的共生相关蛋白及其功能。本研究通过蛋白质组学、菌根学等一系列技术手段，研究AM真菌与紫穗槐形成菌根过程中共生相关蛋白的表达模式，并且对关键共生相关蛋白的基因序列进行克隆、测序及功能验证，全面地揭示菌根形成过程中的分子机制。该研究成果将为明确林木菌根真菌持续侵染的共生机理奠定基础，对丰富和发展共生生态学基础具有重要的理论意义，为更好地利用固氮树种资源、菌根技术和提高共生固氮效率将产生重要的现实意义。

本项研究以丛枝菌根（AM）真菌-紫穗槐共生体为模式材料，从基因水平和蛋白质水平揭示了宿主根系接受AM真菌侵入并形成共生体的分子机制。利用PCR-DDRT差异显示技术筛选AMF在定植紫穗槐的过程中紫穗槐差异表达的基因，共获得了169条差异表达的基因片段，再利用抑制消减杂交技术进一步筛选共获得47个unigenes。利用GO分类信息和Blast注释信息等分析，发现这些差异基因的功能分别与防御胁迫、代谢、能量、运输、蛋白合成、信号转导、细胞结构、转录、蛋白折叠和降解、呼吸、蛋白稳定性等相关。其中，胁迫防御相关基因和代谢相关基因所占比例最大。利用改良2D-PAGE技术测定菌根形成信号识别时期及成熟共生体时期体系，共发现44个蛋白点发生变化，其中23个蛋白点上调，5个下调，16个为特异表达，根据蛋白点的表达丰度变化差异分析的结果，对差异表达蛋白点进行质谱鉴定并搜库，信号识别时期成功鉴定蛋白质10个，成熟共生体时期成功鉴定蛋白质27个。利用iTRAQ技术测定成熟后期共生体系，发现81个紫穗槐根蛋白表达量变化，其中35个蛋白表达量上调，46个下调。同时发现9个丛枝菌根真菌蛋白。对成功鉴定的蛋白质进行功能分类，发现这些蛋白质属于代谢相关蛋白、能量相关蛋白、信号转导蛋白、蛋白合成相关蛋白、细胞结构蛋白、胁迫和防御相关蛋白、和未知蛋白等。比对同时期的蛋白质数据和基因数据，发现有8个紫穗槐蛋白与基因表达水平呈显著相关，分别是aldehyde dehydrogenase family 2 member C4、protein disulfide isomerase、tubulin beta-1 chain、3-oxoacyl-[acyl-carrier-protein] synthase I、carotenoid 9,10(9',10')-cleavage dioxygenase 1、stearoyl-acyl carrier protein desaturase、NADH dehydrogenase subunit 9和Eukaryotic initiation factor 4A-15。本项研究获得了一些原创性成果（出版著作1部，发表文章10篇，申报专利1项），较为深入全面地揭示了紫穗槐丛枝菌根形成过程中的分子机制，对丰富和发展共生生态学基础具有重要的理论意义。