不同氮源条件下杜鹃花菌根形成及其效应的分子机理研究

杜鹃花虽然是我国重要的园林花木，但在城市环境中的应用却非常有限，其中的关键因子是杜鹃花栽培常出现生长势衰弱的现象。已有研究表明杜鹃花是典型的欧石南类菌根（Ericoid Mycorrhiza，ERM）植物，而且ERM在杜鹃花科植物抗逆性提高、营养吸收及生长发育中扮演重要角色。因而，杜鹃花ERM的形成及其效应的产生可能是克服其生长势衰弱的主要策略。目前该推论已经在ERM接种试验中得到初步证实，并且从ERM宿主植物有机氮和硝态氮的氮源营养生理上对ERM效应机理进行了阐述。然而，关于ERM宿主植物在分子水平上如何对这一共生体的建立进行应答，以及那些基因参与了ERM效应表达等，至今还缺乏研究证据。因此，本研究对不同氮源条件下杜鹃花ERM形成及其效应产生过程中相关的差异表达基因进行分离和功能分析，探索ERM共生体的分子机制，为杜鹃花ERM的有效建立和正向效应的控制奠定分子基础。

项目在菌根真菌侵染进程和接种效应观察和分析的基础上，采用硝酸还原酶活性测定、抑制性差减文库和RT-PCR技术分析了杜鹃花菌根真菌的硝态氮吸收利用机制，采用高通量测序技术分别对未接种和接种菌根真菌的云锦杜鹃幼苗根系的整个转录组进行测序，分析了接种后云锦杜鹃幼苗根系在转录水平上的差异表达基因，获得如下主要结果：（1）杜鹃花菌根真菌在硝态氮培养基中氮吸收量、硝酸还原酶活性均较高，说明该类真菌具有较好的利用硝态氮的能力，而且外源硝态氮可以诱导真菌硝酸还原酶活性提高。（2）成功构建了硝态氮诱导下杜鹃花类菌根真菌的正向差减cDNA文库，挑取300个阳性克隆进行测序，获得223条单一序列。经Blast分析，其中92条序列为功能已知序列，53条序列为未知功能序列，23条序列能够找到相似性较高基因；55条序列未找到匹配基因。功能已知基因涉及能量代谢、物质合成与代谢、物质转运等代谢活动。（3）杜鹃花菌根真菌中与硝态氮代谢相关的硝态氮转运蛋白、硝酸还原酶以及亚硝酸还原酶基因在不同氮源浓度条件下的表达模式表明，其表达受高浓度铵盐抑制，低氮浓度下上调表达，而且外源硝态氮并不是诱导其表达的必要条件，推测所获得基因可能属于硝态氮高亲和转运代谢系统。（4）云锦杜鹃幼苗接种和未接种根系的转录组高通量测序获得All-Unigene共计70,720条，平均长度为570nt，N50=755。All-Unigene与COG、GO 和KEGG数据库比对分别有15,105、 35283和24986条Unigene与数据库中的基因具有相似性，主要涉及了生命活动中整体功能类、生物过程、代谢途径等。（5）云锦杜鹃幼苗接种与未接种转录组差异表达分析，共得到16892条差异基因其中14364条上调表达，2528条下调表达基因。差异表达基因COG、GO和KEGG注释聚类显示，差异表达的Unigene主要涉及细胞加工、代谢过程、细胞组分等。(6）根据差异表达基因的功能注释，推测类黄酮、倍半萜类信号物质的生物合成及钙信号途径等均可能与ERM菌根形成的信号传导途径相关，精氨酸可能是ERM氮素储存与转运的物质之一。.