杨树与外生菌根菌互作抗盐的分子机制

Soil salinity is one of the most severe abiotic stress factors that is causing increasing agricultural and environmental problems in China. Ectomycorrhizas can improve salt tolerance of trees and other plants through ion balance, osmotic adjustment and moisture absorption. However, little is known of the underlying molecular mechanism. In this project, we aim to use poplar-Laccaria bicolor ectomycorrhizal interaction as a model to investigate phenotypic and physiological changes, and the genes with contrasted expressions during salt stress by transcriptome analysis. We will clarify the origins (from ectomycorrhiza or poplar) and correlations between them. Then we will characterize molecular interaction of two such ectomycorrhiza genes with those from poplar and corresponding networks by yeast two hybrid, BiFC and CoIP. These results will not only elucidate molecular mechanism on how ectomycorrhizal fungi improve salt tolerance of poplars and other plants, but also provide a new method to improve abiotic stress of trees by using natural microbes.

我国大量的盐渍化土地限制了林农业发展和生态环境建设。外生菌根真菌可通过调控林木及其它植物体内离子平衡、组织渗透势以及水分吸收等方式来提高耐盐性；但是，相关的分子机制仍然不清楚。本研究拟利用杨树-双色蜡蘑菌根体系作为研究对象，在盐处理与对照下，开展杨树表型及生理特征测定和转录组分析，挖掘盐胁迫下菌根真菌和杨树各自产生的差异性表达基因，并阐述可能的相关性和相互作用关系；筛选其中差异表达最大2个来自真菌的关键基因，运用酵母双杂交、双分子荧光蛋白和免疫共沉淀等手段，阐明它们是否结合杨树根表达差异基因和如何调控杨树抗盐性。研究结果有助于理解外生菌根真菌提高树木及其它植物宿主抗盐性机理，同时也为利用微生物绿色提高林木抗盐性提供理论依据。

我国大量的盐渍化土地限制了林农业发展和生态环境建设。外生菌根真菌可通过调控林木及其它植物体内离子平衡、组织渗透势以及水分吸收等方式来提高耐盐性；但是，相关的分子机制仍然不清楚。本研究通过对杨树-双色蜡蘑菌根体系进行盐处理，开展杨树表型及生理特征测定和转录组分析，挖掘盐胁迫下菌根真菌和杨树各自产生的差异性表达基因，筛选盐胁迫下差异表达较大的2个真菌小分泌蛋白，阐明它们在杨树盐胁迫下的功能。我们的研究发现，菌根真菌不仅能够显著地提高杨树幼苗的生长，同时还能够显著地降低盐处理引起的杨树幼苗损伤。菌根化的杨树幼苗主要是通过提高抗氧化酶的活性（SOD和POD）和光合效率（叶绿素含量），降低双氧水的含量来提高杨树幼苗的抗盐性。通过转录组分析发现，盐处理下菌根化的杨树较之未菌根化的杨树有较少的差异基因表达。根据转录组结果筛选了7个盐诱导的差异表达小分泌蛋白（SIPs，salt induced small secreted protein）利用农杆菌转化体系，制备了相应的基因沉默真菌突变体。结果发现，其中的一个候选小分泌蛋白（LbMiSSP31）的基因沉默突变体能够有效地降低菌根化率，另一个小分泌蛋白（LbSIP2）的基因沉默突变体不仅能够降低菌根化率，还能够降低杨树幼苗的抗盐性。这些结果说明，菌根真菌小分泌蛋白能够调节杨树幼苗对盐胁迫的反应。该研究首次发现了菌根真菌能够通过分泌小分泌蛋白跨界调控杨树的抗盐性，为以后利用菌根真菌提高杨树在盐渍化地区的存活性和生长提供理论基础。