根瘤菌在植物內(nèi)的遷移運動及其與植物相互作用的蛋白質(zhì)組學(xué)研究.pdf

1、根瘤菌不但可以在豆科植物的根部形成共生固氮的根瘤，而且還可以在自然條件下與重要的谷類作物的根形成內(nèi)生的聯(lián)合作用。盡管內(nèi)生菌在植物中廣泛存在，但是關(guān)于根瘤菌在植物根內(nèi)的定殖方式還有許多未知。根瘤菌作為內(nèi)生菌與水稻相互作用的分子機制目前還不清楚。本研究應(yīng)用顯微鏡觀察、分子生物學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究技術(shù)，對內(nèi)生根瘤菌與植物相互作用，并促進生長的機制進行了探索。
　　 我們用帶有g(shù)fp標記的根瘤菌分別接種非豆科植物水稻、煙草和豆科植物，應(yīng)

2、用激光共聚焦顯微鏡和平板分離，檢測其在健康植物組織內(nèi)的侵染、定殖和分布過程及其對植物生長生理的影響。結(jié)果表明：
　　 1.根瘤菌對水稻的侵染是一個動態(tài)的過程，它開始于根際表面的定殖，然后從根的裂隙進入根內(nèi)，向上遷移到葉鞘和葉部分，并且發(fā)展為較高的群體密度。水稻接種不同種類的根瘤菌，顯著增加了根和地上部分的生物量，提高了光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、水分利用效率和旗葉的葉面積，并且在植物體內(nèi)積累了更高濃度的植物激素(生長素和赤霉素

3、)。
　　 2.根瘤菌同樣可以在煙草體內(nèi)由根部向植物地上部分的莖、葉遷移，并從葉的氣孔溢出到葉的表面，具有附生-內(nèi)生-附生生活方式的轉(zhuǎn)換。同時，根瘤菌還可以沿植物的表面從根到地上部分遷移。在植物的生殖生長階段，內(nèi)生根瘤菌仍然保持活動性，可以進入煙草子房的子房壁、胎座和胚珠內(nèi)，暗示根瘤菌通過種子向子代垂直傳播的可能性。
　　 3.根瘤菌與豆科植物形成共生固氮根瘤的同時，還可以以內(nèi)生菌的生態(tài)方式定殖于豆科植物中，同樣有類似于

4、水稻、煙草的方式在體內(nèi)由根向地上部分遷移。這種定殖和遷移與根瘤菌胞外多糖和鞭毛的有和無沒有關(guān)系。
　　 內(nèi)生根瘤菌促進植物生長的原因是人們一直關(guān)心的問題。將根瘤菌固氮正調(diào)控基因nifA的啟動子與gfo基因構(gòu)建成融合質(zhì)粒，設(shè)計其他nif相關(guān)基因的引物，對有內(nèi)生根瘤菌的水稻和豆科植物的RNA，進行RT-PCR，表明，雖然定殖于豆科植物體內(nèi)的內(nèi)生根瘤菌nifA基因有表達，但是其他的nif基因不表達，因而內(nèi)生根瘤菌對植物的促生作用不是固

5、氮作用的結(jié)果。
　　 我們還用蛋白質(zhì)組學(xué)的方法，分析了Sinorhizobium meliloti1021和Azorhizobium caulinodans ORS571接種水稻根部后的植物根、葉鞘和葉組織的蛋白質(zhì)表達的差異變化。結(jié)果表明Sinorhizobium meliloti1021接種水稻引起的差異蛋白在根內(nèi)有21個，葉鞘內(nèi)有19個，葉內(nèi)有12個；Azorhizobium caulinodans ORS571接種水稻引起

6、的差異蛋白在根內(nèi)有7個，葉鞘內(nèi)有8個，葉內(nèi)有8個。蛋白功能的歸類中有防衛(wèi)反應(yīng)、光合作用、植物生長素、碳和能量代謝及氮代謝相關(guān)蛋白的變化。特別是光合作用、植物生長素等相關(guān)蛋白的表達，與生理測定光合作用和生長素有提高是一致的，為內(nèi)生根瘤菌促進水稻生長提供了一個方面的分子證據(jù)。
　　 綜上所述，表明內(nèi)生根瘤菌和植物的聯(lián)合作用比以前所認識的更為復(fù)雜，更具有侵染力和動態(tài)性。因此，本研究提高了人們對根瘤菌的新認識，不僅與豆科植物根部結(jié)瘤，進