寄主與根腫菌互作的代謝組學研究.pdf

1、由活體專性寄生病原菌根腫菌引起的十字花科根腫病是一種世界性分布的重要土傳病害，研究寄主與根腫菌的互作機理對防治作物根腫病具有重要理論和實踐意義。但目前根腫菌和寄主互作的研究多集中于轉(zhuǎn)錄組和蛋白組水平，涉及其代謝組方面的報道較少。本研究以擬南芥和油菜為材料，采用LC-MS分析技術(shù)，探討受根腫菌侵染后寄主在代謝組水平上的變化，主要研究結(jié)果如下:
　　(1)優(yōu)化了根腫菌侵染寄主的接種方法。通過將含有根腫菌的罹病根組織進行組織培養(yǎng)，獲得較

2、為純化的、單一的根腫菌接種體，然后將提取出的根腫菌孢子液與擬南芥種子混合后涂布1/2MS培養(yǎng)基共培養(yǎng)，有效克服了非根腫菌污染問題，建立了一種無菌條件下的根腫菌接種體系。顯微觀察顯示根腫菌在愈傷組織中能夠進行繁殖，在1/2MS培養(yǎng)基上根腫菌對擬南芥可以完成侵染循環(huán)，證明了建立的接種體系具有可行性。
　　(2)分析了擬南芥根受根腫菌侵染后期代謝產(chǎn)物的含量變化。采用優(yōu)化的根腫菌接種體系，通過LC-MS技術(shù)分析了根腫菌侵染后期對擬南芥代謝

3、的影響，發(fā)現(xiàn)類黃酮、木質(zhì)素、萜類、甾體皂苷、油菜素內(nèi)酯和磷脂等物質(zhì)的含量在根腫侵染后期的擬南芥中顯著上升，說明這些物質(zhì)可能在根腫菌侵染晚期時寄主與根腫菌的互作中起重要作用。差異代謝物的代謝通路富集分析顯示，擬南芥脂肪酸、氨基糖和色氨酸代謝發(fā)生了顯著變化。
　　(3)基于LC-MS的代謝組學方法研究了油菜在根腫菌侵染早期的代謝物差異。通過PLS-DA、OPLS-DA多變量統(tǒng)計方法結(jié)合T-test、Two-way ANOVA等單變量統(tǒng)

4、計方法進行分類判別和潛在生物標志物的篩選。結(jié)果表明接種根腫菌1d、2d和5d等不同時間點，油菜根代謝產(chǎn)物均產(chǎn)生了明顯變化，且油菜根受根腫菌侵染1d時，代謝物差異最顯著，表明寄主與根腫菌的早期識別和互作中油菜應答反應強烈。鑒定出的生物標志物包括木質(zhì)素、萜類、生物堿、類黃酮等植物抗生物和非生物脅迫相關(guān)物質(zhì)，與生長素合成相關(guān)的吲哚三乙醛肟，與精氨酸和芳香族氨基酸的合成和代謝相關(guān)的2-氧代精氨酸、4-胍基丁酸和吲哚以及磷脂類物質(zhì)等。研究結(jié)果表明

5、寄主在識別根腫菌初期啟動初級代謝和次級代謝反應，促進抗病物質(zhì)的合成以應對根腫菌的入侵，磷脂類物質(zhì)也可能參與早期侵染時寄主與根腫菌的互作中，同時根腫菌侵染早期也可誘導寄主生長素等相關(guān)激素的表達;研究結(jié)果還表明類黃酮等抗病相關(guān)次級代謝產(chǎn)物的含量和種類在根腫菌侵染過程中是動態(tài)變化的，說明它們在寄主與根腫菌互作中可能扮演更為復雜的角色。差異代謝物的代謝通路富集分析顯示，根腫菌早期侵染對寄主氨基酸和糖類代謝、生物堿合成、細胞色素P450代謝等代謝