根瘤菌共生提高苜蓿抗旱性的差异基因分析

针对世界性的干旱缺水问题，依据共生根瘤菌提高苜蓿抗旱性的报道，选用抗旱性强的苜蓿为材料，在全自动温室自制专用培养钵培养并接种根瘤菌，用改进空气干旱法处理，在不同时间点不同组织采样，利用Microarray技术，筛选苜蓿共生根瘤菌抗旱相关基因；通过生物信息学方法分析差异基因功能；并用实时定量PCR法进行差异基因表达；在差异基因分析结合生理生化变化的基础上，探索根瘤菌共生提高苜蓿抗旱能力的分子机理。为提高苜蓿抗旱性提供候选基因。

干旱是全世界农业生产所面临的重要问题，我国更为严重。紫花苜蓿是我国乃至全世界最重要的牧草，其抗旱机理研究，已成为草学研究重要内容，有关苜蓿根瘤菌共生对干旱胁迫的响应机制研究，鲜见文献报道。.本研究分别在干旱条件下，应用根瘤菌接种温室培养（盆、钵）苜蓿，精确控制干旱的手段，测定了逆境存活率；采用常规方法测定了相关生理指标；非损伤微测技术测定了钙、钾、氢离子的进出根细胞情况；采用基因芯片技术筛选了差异基因；并对芯片筛选的3个基因进行半定量表达与分析。旨在研究探索苜蓿根瘤菌共生对干旱下的响应机制。.1. 通过干旱及去除根瘤后存活率研究表明，接种根瘤菌可大幅度提高紫花苜蓿的抗旱、耐盐、抗高温及根部机械损伤等非生物胁迫能力，抗逆能力表现为激活根瘤菌苜蓿＞不激活根瘤菌苜蓿＞无根瘤菌苜蓿，且激活根瘤菌苜蓿抗逆性远远高于不激活根瘤菌苜蓿。.2. 干旱处理下不同组织相关生理指标测试表明，干旱迫下，接种根瘤菌后，苜蓿具有更强的渗透调节能力，根瘤在抵御干旱胁迫上具有重要作用。.3.接种根瘤菌激活的紫花苜蓿在干旱胁迫，具有较强的渗透调节能力，能更好的维持植株根系活力、保持细胞内环境的平衡，提高紫花苜蓿的抗逆性。.4. 通过基因芯片分析发现，接种根瘤菌不激活和无根瘤菌处理在轻度阶段下调基因多于上调基因；在充足给水、重度干旱阶段，接种根瘤菌激活、接种根瘤菌不激活和不接种根瘤菌互相之间比较，上调基因多于下调基因。.从苯丙素途径（合成木质素）通路分析，发现25个差异基因参与了EC4.3.1.24、EC2.3.1.91、EC2.3.1.92、EC1.14.13.11、EC6.2.1.2、EC3.2.1.21、EC1.11.1.7等代谢步骤。.5. 通过半定量PCR表达，对基因芯片筛选后的TC81048、TC83565和TC87183三个基因进行进一步的验证试验表明，这三个基因均对干旱有响应，不接种根瘤菌三个基因在苜蓿干旱时的表达呈现规律性升高。.本研究为今后多视角系统研究苜蓿干旱和盐胁迫机制奠定了一定的基础。