内生真菌对鹅观草的影响及其机理研究

Roegneria endophytes are host specific, and highly detected in many wild populations. In our previous studies, it was demonstrated that Roegneria endophytes can increase plant tillers. In this project, (1) Roegneria endophyte resources will be collected and subjected to endophyte isolation, identification. Genetic diversity of the fugal strains will be evaluated. (2) After endophyte infected/ endophyte free (EI/EF) plants were planted, they will be applied to investigate influences on growth and resistance to abiotic/biotic stress of Roegneria plants. (3) Detail study will focus on especially influences on tillering, and resistance to aphids. (4) Distribution of fungal hyphae, photosynthesis, water-soluble saccharide transport within plants, root activity, and plant hormone levels were conducted to clarified physical mechanisms on increase of the plant tillering by endophyte infection. (5) Effects on resistance to aphids will be revealed by water-soluble saccharide, distribution of NRPS/alkaloid clusters genes, and amount of alkaloid such as peramine. Through the practice of this project, performance of Roegneria plants with endophytes will be generally evaluated. Mechanisms of tillering promotion and resistance to aphids of plants by endophyte infections can be expected. This project will provide basic knowledge for application of Roegneria endophytes and investigation of interaction between endophytes and Roegneria plants.

内生真菌具有严格的宿主特异性，在许多鹅观草自然群落中检出率很高。前期研究显示，它能够促进宿主植物的分蘖。本项目拟（1）继续收集鹅观草内生真菌资源，并充分利用已积累的研究材料，进行内生真菌的分离培养、分类鉴定和多样性调查；（2）建立起含菌/不含菌的鹅观草群体，广泛调查鹅观草内生真菌对宿主植物生长及抗生物胁迫/非生物胁迫的作用；（3）重点深入评价它们对植物分蘖和蚜虫抗性的影响；（4）从内生真菌在宿主体内的分布、光合作用、可溶性糖及其转移、激素等方面，解析内生真菌促进宿主植物分蘖的机理；（5）依据可溶性糖、NRPS/生物碱合成基因簇基因的分布及波胺等生物碱的含量等，揭示内生真菌对鹅观草对蚜虫抗性的多样性和机理。通过本项目的实施，可期望综合评价内生真菌对鹅观草各种性状的影响，并掌握其对分蘖和抗虫性的机理，为鹅观草内生真菌的利用以及进一步研究真菌对宿主植物的作用打下基础。

内生真菌具有严格的宿主特异性，在许多鹅观草自然群落中检出率很高。前期研究显示，它能够促进宿主植物的分蘖。本项目（1）收集了野生鹅观草的植株、种质资源2100份，结合前期积累的研究材料，进行内生真菌的分离培养、分类鉴定和多样性调查；（2）通过多菌灵、热处理建立起含菌（EI）/不含菌（EF）的鹅观草群体，在无灌溉无施肥的田间栽培条件下（南京），EI植株在地上部和根系生长和发育方面均有显著的优势；（3）在人为设置的干旱条件下，EI植株种子具有更高的发芽率和发芽势，幼苗的根系形态学特征显示了良好的抗旱性；（4）持续调查田间鹅观草的生长、分蘖等特征参数，发现EI植株的分蘖数量显著高于EF植株，且突出表现于植株移栽后生长的早期阶段；（5）在南京的田间开放条件下记录下鹅观草各个生长期麦长管蚜的虫口数量，数据表明内生真菌的感染能给植株带来对麦长管蚜的抗性；（6）内生真菌的感染可影响鹅观草植株根冠比和根系活力，从而影响植株根系生理活动；（7）内生真菌增加了EI植株叶片的可溶性糖、尤其是蔗糖的浓度；在EI/EF鹅观草叶片蛋白中鉴定到202种蛋白质的表达存在差异，说明内生真菌的感染对宿主植物的生理影响面可能比较广；（8）依据NRPS（生物碱合成基因簇）基因的检测和分布，以及通过HPLC检测的波胺等生物碱的含量,说明EI植株内含有生物碱来提高宿主抗虫性。根据以上结果，项目组认为：（I）内生真菌对鹅观草的生长、分蘖、生物量、根系生长等营养生长有较显著的促进作用，对鹅观草的抗旱能力有明显的影响；（II）内生真菌对分蘖增加、生物量增加、根系发达等营养生长的促进可能和内生真菌对根系活力、可溶性糖和蛋白质等的改变有关；（III）内生真菌对鹅观草抗旱能力的影响，可能和增加植物的根系长度、须根数等根系形态有关；（IV）内生真菌增强宿主的抗虫性可能和波胺等生物碱的合成能力有关。本项目为了解“鹅观草/内生真菌”这类有宿主特异性的共生体的基本生物学特性以及生物学机理、及其今后的有效利用提供了新的知识。