青海中华羊茅内生真菌富硒机理的研究

According to grass be lack of selenium in Tibetan Plateau, endophyte improving plant quality. The study will focus on accumulating selenium characteristics, ergot alkaloids, metabolites analysis and protemics of Festuca sinensis-Epichloё symbiosis and Epichloё growing saprotrophically in solid and liquid media. The study will explore selenium content, selenium allocation and transformation in the symbiont, nonsymbiont and Epichloё growing saprotrophically. Marker metabolites of E+、E- and Epichloë exposure to selecium stress could be considered, and biosynthetic pathway of TCA, EMP, HMS and fatty acid could be analyzed based on metabolomics analysis. Furter, molecular mechanisms of symbiont, nonsymbiont and Epichloё growing saprotrophically responding to selenium would be explained by proteome analysis. The aims are to culture high nutritional value and low toxicity of forage grass, develop selenium-enriching mycelia, create new grass germplasm, and provide theritical evidence and technical supports to maintain sustainability of grassland animal-husbandry and ecological systems.

青藏高原牧草普遍缺硒，而内生真菌可改善植物的营养成分。通过离体培养条件下内生真菌Epichloë、中华羊茅内生真菌共生体与非共生体在不同硒浓度下的富硒特性、麦角碱、代谢分析、蛋白组学等方面的指标变化的研究，探索硒在土壤-中华羊茅-内生真菌体系和在离体培养条件下Epichloë培养系统中分配和转化过程，基于代谢组学的数据分析平台挖掘出E+、E-和 Epichloë响应硒胁迫的代谢标志物，以及解析三羧酸循环、磷酸戊糖、糖酵解、脂肪酸等代谢网络；进一步从整体的蛋白水平上揭示离体培养条件下Epichloë、共生体和非共生体应答硒胁迫的分子机理；以期能培养出营养价值高毒性低的牧草，为开发工业化生产富硒菌体与牧草种质品质改良创新，并为草地畜牧业的健康稳定持续发展和生态环境建设提供理论依据和基础资料。

青藏高原牧草普遍缺硒，而内生真菌可改善植物的营养成分。本项目开展中华羊茅内生真菌共生体（E+）、非共生体（E–）以及分离内生真菌（Epichloë）在不同亚硒酸钠浓度下的富硒特性、麦角碱、代谢分析、蛋白组学等方面的指标变化的研究。研究发现单一因素（内生真菌、硒浓度、培养时间）、双因素或三因素互作改变E+和E–植株不同部位的农艺性状、矿质元素、蛋白质、硒代氨基酸、粗脂肪或纤维素等含量；加硒促进植株地上部分和根系积累硒、硒代胱氨酸以及硒甲基硒代半胱氨酸，而Se减少地上部分蛋白质含量；内生真菌提高植株株高、地上部分和根系硒代胱氨酸和硒甲基硒代半胱氨酸含量、地上部分P与Fe含量；施加低浓度硒时内生真菌增加地上部分Se含量，而在高浓度Se条件下内生真菌降低地上部分硒含量。基于代谢组分析表明加硒使植株中一些化合物含量降低，地上部分和根系非极性代谢物存在较大的差异性，加硒或内生真菌在一定的生长时期能促进植株地上部分合成一些氨基酸以及三羧酸循环代谢产物。通过蛋白组学分析发现E+和E–植株应答硒胁迫时不同部位蛋白组的表达存在差异性，差异表达蛋白富集多个生化代谢途径而发挥多种功能。.离体培养条件下Epichloë sp.发酵液各指标随着硒浓度和培养时间的不同而发生变化，适宜浓度的亚硒酸钠有利于Epichloë sp.液体培养或固体培养菌体吸收矿质元素。采用代谢组学分析表明加硒促使Epichloë sp.液体培养的胞外大多数化合物含量上升，但导致胞内大多数化合物含量降低，胞内外差异性代谢产物主要参与糖代谢、氨基酸代谢、三羧酸循环、脂肪酸等途径；不同浓度Se提高固体培养的菌丝体中一些碳水化合物、脂肪酸、氨基酸等含量。蛋白组学分析发现液体培养Epichloë sp.菌丝体和发酵液差异表达蛋白分别为68种和25种，差异表达蛋白主要参与翻译后修饰、蛋白质转换、分子伴侣等功能；而在Epichloë sp.固体培养时筛选出较少的差异表达蛋白。此研究结果为深入理解微生物适应硒胁迫机制，以及利用内生真菌资源对富硒牧草的培育和开发提供科学依据。