植物激素调控一株新的枝顶孢霉与三七共生的作用机制研究

Phytohormone plays an important role in symbiosis of endophytic fungus and plant. We find a new endophytic fungus strain Acremonium sp. D212 that could form Acremonium sp. D212-Panax-notoginseng symbiote. However, whether phytohormones involve in symbiosis of Acremonium sp. D212 and Panax-notoginseng remains unclear. Our preliminary study found that the new Acremonium sp. D212 isolated from Panax-notoginseng could infiltrate in Panax-notoginseng root, and result in the contents of endogenous auxin and salicylic acid were obviously changed in fungi Acremonium sp. D212 and Panax-notoginseng. Moreover, transcriptional levels of development and hormone-related genes from fungi and plant were affected after Acremonium sp. D212 infected Panax-notoginseng. It implies that phytohormones play an important role in regulating the symbiosis of Acremonium sp. D212 and Panax-notoginseng. In this project, we will focus on this outstanding science issue. We will select some phytohormones and fungi that show significant effect on Panax-notoginseng development, and then check the interaction between Acremonium sp. D212 and Panax-notoginseng and some pathogens, observe promotion growth effect of phytohormones in Panax-notoginseng and clone some important genes related to the symbiosis of Acremonium sp. D212 and Panax-notoginseng with molecular and cellular methods. We will further detect the effect of phytohormones on the symbiosis of Acremonium sp. D212 and Panax-notoginseng. Finally, we will identify the role and molecular mechanism of different proteins involve in phytohormones signaling pathway in regulating Acremonium sp. D212 and Panax-notoginseng symbiote. Our study will provide a new strategy to breed Panax-notoginseng with high yied and valuable traits.

植物激素在内生真菌与植物共生中起重要作用。我们发现一株新的内生真菌枝顶孢霉能与三七共生，但是，植物激素是否参与调控枝顶孢霉与三七的共生尚未有任何研究报道。我们的前期工作发现从三七中可分离到内生真菌枝顶孢霉，新发现的这株枝顶孢霉与三七组培苗共培养后能侵入三七根组织，引起枝顶孢霉及三七体内的生长素和水杨酸含量发生显著变化，并影响了枝顶孢霉及三七中与发育和激素相关的基因转录水平，预示植物激素在调控枝顶孢霉与三七共生的过程中担当了重要角色。本课题拟对这一重要科学问题进行深入研究，选用对三七生长发育有明显影响的植物激素及真菌为材料，利用分子及细胞生物学的手段，通过检测枝顶孢霉与三七及病原物的互作、观察植物激素在三七生长上的作用以及克隆重要的功能基因等，深入研究植物激素对枝顶孢霉与三七共生的影响，明确植物激素信号途径中的相关蛋白在枝顶孢霉与三七共生中的作用及调控机理，为三七的高产优质育种提供新的对策。

三七是名贵中药材，枝顶孢属Acremonium真菌可作为内生真菌从植物体中被分离到。但是，枝顶孢属Acremonium真菌促进植物生长的分子机制仍然不清楚。在该项研究中，通过组织培养的方法从三七组培苗中分离到一株内生真菌，通过形态学和分子鉴定，将该内生真菌鉴定为枝顶孢属的一个新种，命名为枝顶孢霉Acremonium sp. D212（简称D212）。内生真菌D212能定殖在三七根表皮细胞内，且能通过产生生长素及诱导三七产生生长素促进三七的生长，促使皂苷含量增加，皂苷合成相关基因的表达量上调，病程相关基因的表达量没有上升，没有引起三七的防御反应。内生真菌D212与NAA共同处理可以显著提高对三七生长的促进作用。外源施加NAA可以增加三七根和叶中的皂苷含量。内生真菌D212也能定殖在水稻根表皮细胞内，在宿主植物中的定殖依赖于茉莉酸信号途径并涉及生长素和茉莉酸的协调作用,水杨酸受体NPR1负调控D212与宿主植物的相互作用。独脚金内酯在D212与三七的互作中没有起到重要作用。从健康三七组织中分离及鉴定出内生真菌13种，从发病三七根和茎中分离及鉴定出病原真菌9种，从健康三七根际土壤中分离及鉴定出根际土壤真菌5种，检测了它们在三七生长中的作用及其与内生真菌D212的相互作用。此外，获得了转化三七皂苷合成基因SS的转基因马铃薯植株。综上所述，三七内生真菌枝顶孢霉是对三七生长具有促进作用的益生真菌，植物激素水杨酸，茉莉酸及生长素在三七与真菌相互作用中起到重要作用。同时，枝顶孢霉D212与不同类型真菌的相互作用为理解三七与微生物的互作机制奠定了理论基础。