宿主高粱富集土壤核素137Cs的菌根效应及机理研究

本项目欲研究核素富集植物宿主高粱在接种菌根和未接种菌根两种条件下富集核素137Cs的差异，构建菌根化和非菌根化宿主高粱SSH文库，通过差别杂交筛选阳性克隆并测序，结合生物信息学和杂交对比分析，获得二者在土壤核素137Cs污染下差别表达的基因，从而筛选出富集核素相关基因；在此基础上进一步研究菌根化和非菌根化材料在土壤核素污染下所筛选基因的表达情况，建立二者在土壤核素137Cs污染极端胁迫下诱导的基因表达谱，从而在转录水平上探明菌根提高宿主高粱富集核素的分子机理，筛选出核素富集植物在土壤核素污染中起作用的基因，为将来进行基因克隆和超富集核素基因工程育种奠定基础。

本项目比较了核素富集植物宿主高粱在接种菌根（菌根化）和未接种菌根（非菌根化）两种条件下富集核素137Cs的差异，并对根际土壤理化性质和生物量进行了统计分析，结果显示菌根化植物在富集核素效果上优势明显，其地上部和地下部核素富集系数分别是非菌根化植物的1.82～3.91倍和1.59～4.84倍，同时，菌根化处理显著提高了宿根高粱茎粗、株高、叶干重、地下部干重以及磷酸酶活性，降低了植物根尖分泌有机酸含量和种类；同时，根据菌根表现选用效果最好的摩西球囊霉（Glomus mosseae）进一步处理，分析菌根化和非菌根化在富集核素过程中的分子差异，构建了SSH文库，获得了195个有效的ESTs序列，BlastX比对后得到了112个ESTs与已知Nr数据库中的蛋白质序列同源，其功能主要与信号传导、离子转运、光合作用、抗氧化防御、转录调控等有关，利用Solexa测序并进行分析，在对照和处理间共筛选到差异表达基因4872个，包含3124个上调基因和1748个下调基因，其中216个基因在菌根化处理特异表达，2548个基因在菌根化处理表达高于对照，说明接种摩西球囊霉后在富集137Cs时有更多基因参与其中，进一步分析发现这些差异表达基因主要富集途径为谷胱甘肽代谢、有机酸代谢和半胱氨酸、甲硫氨酸代谢途径，为了解宿根高粱富集核素分子机理提供了丰富的数据库。