噻虫嗪胁迫下水稻内生菌的功能多样性及调控宿主解毒机制研究

Mechanism study of pesticides in crops is an important part of pesticide toxicology research. It has been proven that other than plant enzyme system, plant endophyte also plays an important role on the accumulation and translocation of pesticides inside the plants. However, there are handful studies about how endophytic bacteria mediate the accumulation or degradation of pesticides inside their host plants. Our study focuses on the partnership of rice-endophyte. The functional diversity of rice endophytic bacteria under the stress of thiamethoxam will be studied using metagenomics, and then culturable endophyte, which has the ability to degrade target pesticide in vitro, will be selected to be inoculated into rice plant to study the interactions between the endophyte and the host plant on degrading thiamethoxam. The results will demonstrate the role of endophytic bacteria on pesticides degradation inside the plants, and also provide practical methods to utilize endophytic bacteria to reduce pesticide residues in rice. A better knowledge of plant-endophte could be used to ensure the food safety and lower the ecological risk of pesticides use.

农药在作物体系内的降解代谢是农药毒理学研究的重要内容，近年来研究表明除植物代谢酶系作为主要调控因素外，内生菌在降低宿主体内的农药积累和调控农药传导过程中也扮演者非常重要的角色，但关于植物内生菌对农药代谢的调控作用研究报道较少。本项目拟以水稻生产中常用的新烟碱类农药噻虫嗪为对象，首先采用16S RNA测序，研究农药胁迫条件下水稻内生菌群落的多样性变化情况，并对具有代谢功能的内生菌进行筛选，在此基础上，选取可培养的农药降解内生菌，通过水稻组织培养及外源接种方法，验证内生菌对水稻中农药代谢降解的调控作用，并进一步利用转录组学技术，分析内生菌调控水稻体内农药代谢的功能和机理。研究结果可为阐明植物体内农药降解机理，以及利用植物内生菌调控植物体内农药代谢，降低农药使用风险和保障食品安全提供理论指导。

本项目以水稻生产中常用的新烟碱类农药噻虫嗪为对象，研究了噻虫嗪在水稻中的吸收转移规律、噻虫嗪对水稻内生菌群的影响、具有噻虫嗪降解功能的内生菌定殖水稻后对水稻中噻虫嗪代谢速率及代谢途径的影响，以及从根系分泌物的改变初步探索了内生菌定殖调控宿主解毒机制。该项目主要取得的研究成果如下：（1）解析了噻虫嗪在水稻中的吸收转移规律，发现水稻对噻虫嗪的富集倍数最高为土壤中的73倍，噻虫嗪及其主要代谢物噻虫胺在水稻中具有相似的分布规律；（2）噻虫嗪胁迫能明显改变水稻内生菌群的多样性，并且对水稻不同组织部位的影响也存在差异，在不同浓度噻虫嗪胁迫下，水稻各组织中内优势内生菌菌属存在明显差异；（3）分离得到一株具有噻虫嗪降解功能内生菌TMX-6，通过生理生化实验和16s DNA分析，初步鉴定为阴沟肠杆菌。该菌株能成功定殖到水稻中，并能跟水稻互作促进水稻中噻虫嗪的降解。TMX-6在水稻中定殖改变了噻虫嗪代谢产物的随时间的变化规律，同时也改变了噻虫嗪代谢物的丰度，根据结果初步解析了内生菌调控宿主解毒机制。