菌根真菌识别兜兰属（Paphiopedilum）植物根系信号机制

Orchid mycorrhizal fungi play an indispensable role in the life history of orchids. Paphiopedilum, the endangered ornamental plants, also need the mycorrhizal fungi during the life history. The research on signal recognition mechanism in establishing of symbiosis between Paphiopedilum and mycorrhizal fungi will provide an important basis for the analysis of the cooperative relations between Paphiopedilum and mycorrhizal fungi under the endangered environment. The mycorrhizal fungi of Tulasnella will be used as materials to research the signal recognition mechanism between Paphiopedilum and mycorrhizal fungi in gene and protein levels. The genes encoding proteins responsing to plant source signals will be screened and characterized from mycorrhizal fungi. The key signal pathways during recognition between the mycorrhizal fungi and Paphiopedilum will be illustrated, which will provide a scientific basis for conservation and recovery of endangered Paphiopedilum by the mycorrhizal fungi.

兰科菌根在兰科植物生活史中起着不可或缺的作用。兜兰作为濒危观赏植物，其同样需要通过与菌根真菌建立共生体来完成生活史。对兜兰-菌根真菌共生建立的识别机制展开深入研究，可为解析濒危状态下兜兰与菌根真菌之间的协同关系提供重要依据。本研究以兜兰属优势菌根真菌——胶膜菌属（Tulasnella）菌根真菌为对象，在基因和蛋白质水平分析其对兜兰根系信号物质的识别与响应；通过对菌根真菌中识别植物源信号基因的筛选与鉴定，明确菌根真菌识别兜兰属植物根系信号的关键通路，解析菌根真菌识别兜兰根系信号机制，为通过共生真菌途径进行濒危兜兰种群保育与恢复提供科学依据。

兜兰属（Paphiopedilum）植物由于生境破坏和过度采集，野生种群濒危。菌根真菌在兜兰生活史中不可或缺，为之生长繁殖提供所需的能量与信号物质。本项目以分离自兜兰的胶膜菌属（Tulasnella）真菌为研究对象，筛选不同促生效率的菌株；通过转录组测序和目的基因克隆，分析预测菌根真菌-兰科植物信号识别相关基因，期望最终通过对胶膜菌属真菌遗传转化实现基因功能验证。主要结果如下：.1）对从兜兰属植物根系分离的胶膜菌属真菌进行系统发育分析，获得2个潜在新种。.2）建立胶膜菌属真菌-兰科植物共生关系，从真菌定殖能力、对种子萌发的促进作用等方面对真菌进行功能评估。获得如下代表菌株：Php86：专一性促进兜兰属种子萌发形成幼苗，菌落生长受石斛兰根系抑制；Php18：可快速定殖于多数兰科植物种子和根部，具有较强促生作用；Php25：对兰科植物种子萌发和幼苗生长促进作用较弱。.获得有效促进带叶兜兰种子萌发成苗的菌株Php86，该菌株可促进授粉后130d的带叶兜兰种子萌发，形成根系健康的幼苗，为提高兜兰种子萌发质量，实现人工繁育种群野外回归提供新的技术途径。.3）对代表菌株进行转录组测序和分析，筛选出适合胶膜菌属真菌的实时荧光定量PCR内参基因EF2、UBC和PP2A；从真菌几丁质识别角度，筛选出真菌中编码几丁质脱乙酰化酶和含LysM结构域蛋白质的差异表达基因，并进行实时荧光定量PCR验证；预测目的基因序列编码氨基酸保守结构域、信号肽和蛋白质三维结构。.4）进行农杆菌介导的胶膜菌属真菌遗传转化，获得抗生素筛选阳性转化株系。.本研究筛选获得对兜兰种子萌发和幼苗生长有促进作用的菌株，对菌根真菌与兜兰共生过程信号识别相关基因进行初步研究，为解析自然条件下兜兰种子萌发、种群复壮的生物学机制提供重要依据，也为兜兰产业化育苗提供有效微生物资源。.