西藏地区苔藓植物内生细菌多样性、分离鉴定和定殖规律研究

Endophytic bacteria were widely distributed in the intracellular and intercellular spaces of all kinds of plant tissues and organs. Most related research was concentrated on the common plants, and seldom was made on the endophytes of bryophytes.The primary studies by fewer foreign scientists and our lab showed that the abundant endophytic bacteria were indeed existed in the small plants of bryophytes, which potential functions displayed the relationship to the stronger adaption and stresses resistance of bryophytes.Thus, the key of this project was designed by doing the deeply systematic work on the endophytic bacterial community structure and diversity in different bryophytes, discovering the beneficial bacterial resources and analysing their symbiosis mechanism.To do this , we plan to sample the different bryophytes from Tibet, an extreme environment area; and then made the analysis and comparison of their endophytic bacterial community structure and diversity by using traditional cultural method and bacterial 16S rDNA- based clone library technique; then the isolated endophytes were infected to the sterile hosts and combined with the genome sequencing of two new strains isolated from Takakia lepidozioides and Polytrichastrum formosum in order to make an analysis on the functions of the endophytes in the hosts according to their moving and colonization characteristics and effective genome information. This research would be helpful to discovering much more bacterial resources with the stronger stresses resistance and understanding the symbiosis mechanism between bryophytes and endophytes.

内生细菌广泛分布于植物各种组织和器官的细胞间隙或细胞内。过去的研究多集中于普通的高等植物，而苔藓植物内生细菌的研究较少。少数国外学者及本实验室的初步研究表明在个体微小的苔藓植物中确实存在着丰富的内生细菌，其潜在的功能显示它们与苔藓植物具有较强的适应性和抗逆性有关。因此，系统地研究与不同苔藓植物共生的内生细菌的多样性，发掘有益的细菌资源，并探讨其共生机制成为本研究的重点。本研究拟从西藏极端环境地区选取不同类别的苔藓植物，利用培养法和基于细菌16S rDNA的DNA和RNA水平的克隆文库技术对其内生细菌的群落结构及多样性进行分析和比较；并将分离鉴定的内生细菌侵染无菌的宿主植物，同时结合从薻苔和台湾拟金发藓中分离鉴定的两株新菌的基因组测序，根据它们在宿主中的迁移和定殖规律和有效的基因组信息来分析内生细菌在宿主中的功能。本研究对于发掘更多抗逆性强的细菌资源、了解细菌和苔藓植物的共生机制意义重大。

内生细菌广泛分布于植物各种组织和器官的细胞间隙或细胞内。过去的研究多集中于普通 的高等植物，而苔藓植物内生细菌的研究较少。少数国外学者及本实验室的初步研究表明：在个体微小的苔藓植物中确实存在着丰富的内生细菌，其潜在的功能显示它们与苔藓植物 具有较强的适应性和抗逆性有关。因此，系统地研究与不同苔藓植物共生的内生细菌的多样性，发掘有益的细菌资源，并探讨其共生机制成为本研究的重点。根据原定计划，本研究首先分别从西藏地区和其他地区选取不同苔藓植物，对材料预处理后分别进行基于非培养技术的内生细菌多样性的研究和基于培养技术的分离鉴定研究，对分离到的部分新菌进行分类鉴定和特殊功能的挖掘，旨在未来进一步发掘和利用有益的细菌资源；同时利用互作转录组技术探讨细菌与宿主植物的共生机制。目前取得主要的结果如下：（1）本研究利用从西藏极端环境地区选取的10种苔类和10种藓类植物内生细菌的研究发现，不同宿主中的优势细菌类群在门水平上差异不大，在属水平上有较大差异。不同类别的苔藓植物内生细菌的群落结构与宿主植物的系统发育地位有关，亲缘关系较近的宿主，其内生细菌的分布也较为相似；但当同时选用来自不同的生境条件下的不同宿主植物进行研究时发现，生境是决定宿主植物内生细菌群落结构的主要因素，而宿主的系统发育地位则为次要的影响因素。（2）从不同的苔藓植物中分离鉴定了6个新的菌株，它们分别具有纤维素、木聚糖等的降解活性，部分甚至具有很强的抗抗生素能力。（3）将分离鉴定的内生细菌菌株RG1-1侵染无菌的小立碗藓，探讨了它们在宿主中的迁移和定殖规律，发现在侵染的第3天和7天均有细菌侵入定殖；互作转录组的研究进一步发现细菌的侵染可引起宿主细胞细胞壁组织结构的变化、宿主细胞内多糖代谢的变化等，而菌体细胞内基因表达的变化则主要与构成核糖体大亚单位的蛋白有关。本研究对于发掘抗逆性强的细菌资源、解析细菌和苔藓植物的共生机制具有非常重要的意义。