花生中控制菌根共生效率关键基因的鉴定与功能研究

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) can improve plant nutritional status by promoting host plants to absorb water and mineral nutrients. AMF also enhances plants resistance to biotic and abiotic stress to improve the yield and quality of plants. Symbiotic efficiency is the key initial factor of arbuscular mycorrhizal symbiosis system, and at the present time, researches of symbiosis efficiency between peanut and AMF have not been reported yet. So far, genes controlling the symbiosis efficiency between peanut and AMF have not been identified from peanut germplasm. In this study, the transcriptome sequencing of high and low symbiotic efficiency of peanuts will be carried out to screen the key genes related to symbiotic efficiency between AMF and peanut. Expression patterns of these genes will be investigated by quantitative RT-PCR, and the interaction proteins will be screened by yeast two hybridization, molecular fluorescence complementation and co-immunoprecipitation. In order to identify the function of genes, we will creat tobacco transgenic plants throuth overexpression technology. The expected results will theoretically reveal the key genes and their functions regulating mycorrhizal symbiotic efficiency, and in practice, it can provide a research foundation for molecular marker breeding basing on genetic resources.

丛枝菌根真菌（AMF）不仅能够促进植物对水分和矿质元素的吸收，改善植物营养状况，还能增强植物对生物和非生物胁迫的抗性，提高植物的产量和质量。共生效率是丛枝菌根共生体系的关键起始因素，目前国内外针对花生同AMF共生效率的研究还未有报道，尚未从花生遗传种质中鉴定出控制花生同AMF共生效率的基因。本研究通过对高、低共生效率花生菌根进行转录组测序分析，筛选花生中与AMF共生效率相关的关键基因，通过qRT-PCR调查其表达模式；借助酵母双杂交、双分子荧光互补和免疫共沉淀技术筛选互作蛋白；利用过量表达技术创制烟草转基因植株鉴定基因的功能。预期结果理论上将揭示调控菌根共生效率的关键基因及其功能，实践上为进一步利用基因资源开展分子标记育种提供了研究基础。

丛枝菌根真菌（AMF）不仅能够促进植物对水分和矿质元素的吸收，还能增强植物对生物和非生物胁迫的抗性。在基金资助下，调查了AMF异形根孢嚢霉（APS-1）与30个花生品种的共生效率，发现30个供试花生品种的根系菌根共生效率为7%～86%，这说明异形根孢嚢霉与花生共生具有广谱性，但品种间根系菌根共生效率存在差异。盆栽试验发现APS-1明显促进了6个花生品种的生长，同对照相比，APS-1处理后花生总鲜质量、总干质量增加10%以上，花生对白绢病防效达到43.76%～89.14%。可见APS-1不仅能够促进花生的生长，还能提高花生对白绢病的抗性。针对丛枝菌根共生体系的关键起始因素共生效率，对高、低共生效率花生菌根进行转录组测序分析，发现高、低共生效率花生菌根共有3219个差异表达基因，其中有58个新基因，145个编码转录因子的基因。所有品种共有的受AMF侵染调解的差异基因有146个，高共生效率花生中独有的差异基因有123个，所有低共生效率花生品种中独有的共同基因有2个。差异表达基因主要参与糖脂转运、碳水化合物衍生物转运、脂质转运等相关生物学过程，行驶糖脂转运蛋白活性、钙依赖性磷脂结合、糖脂结合、磷脂结合等分子功能。根据RNA-Seq测序结果和定量RT-PCR的结果，选取了4个候选基因进行了生物信息学分析、互作蛋白的筛选和转基因功能研究。酵母双杂交初步筛选到2个蛋白的互作阳性克隆。4个候选基因的超量表达烟草植株均已获得，根据基因arahy.JJA0CL超量表达阳性转基因烟草根系菌根共生效率的测定结果，推断arahy.JJA0CL可能正向调控花生与APS-1的共生过程。本项目明确丛枝菌根真菌APS-1对花生的促生、防病效果，并定位到影响共生效率的候选基因，为今后AMF在花生上的应用提供理论依据和技术支持，为研究植物与AMF共生过程的分子调控机制奠定基础。