摘要
根际微生物是维持植物根际生态平衡和健康生长的关键要素，其中一些根际微生物已被证实可以通过固氮、产生铁载体、抑制病原菌等作用以促进植物的生长。微生物通过趋化、侵染、粘附以及形成生物膜等方式定殖于植物根际，是其与植物发生稳定互作的前提。研究微生物在植物根际的定殖过程，了解其定殖机制，可为进一步探究根际微生物与植物间的互作机制提供理论依据。 海马齿（SesuviumportulacastrumL.）生态浮床在污染海水的生态修复中已经初见成效，其根际微生物在有机污染物降解、悬浮颗粒物沉降、富营养化水体修复中发挥着重要的作用，但其机制尚不清楚。为了揭示微生物在海马齿根际的定殖特点，本研究首先根据产铁载体活性的测定结果，从分离自海马齿根际的铁载体产生菌中筛选出铁载体高产菌，通过基因组测定，初步预测了该菌在海马齿根际的定殖潜力。其次，通过设计目标菌株的特异性探针，利用荧光原位杂交（Fluorescenceinsituhybridization，FISH）方法追踪该菌株的根际回归定殖过程，确定活跃定殖时间。最后，根据FISH结果，对处于活跃定殖期的细菌进行转录组测序，统计了与该菌代谢、转运、定殖相关基因的差异表达情况，从而揭示了菌株在海马齿根际的生长情况和定殖机制。本研究的主要结果如下: (1)从前期分离自筼筜湖生态浮床修复植物海马齿根际的铁载体产生菌中，选择一株铁载体产生活性远高于其他菌株的假单胞菌Pseudomonassp.CAS07（单位铁载体活性SU为57.33±0.404％）。基因组测序结果显示，该菌的基因组全长为5174460bp，基因数目为4812个，其中包含多个细菌趋化性相关基因（如mcp、che、mot），多个粘附作用相关基因（如lapB、lapC、lapE），多个生物膜形成相关基因（如wsp、fle、pel)以及多个铁载体生物合成及跨膜转运相关基因（如fiu、fbp）。基因功能预测的整体结果表明，该菌具有从环境中迁移至海马齿根系并发生定殖的潜力。 (2)序列比对、特异性评估和检验的结果表明，自主设计的特异性探针Pseudo455对菌株CAS07具有良好的特异性。FISH结果显示，该探针能成功检测到根组织中的菌株CAS07，并能与植物自发荧光及EUB338探针标记的其他细菌作较好的区分。定殖时间上，菌株CAS07在接种后的6h有较微弱的定殖现象;12h出现较明显的定殖现象;24h定殖密度显著增大;36h和48h定殖数量变化不明显。在根系定殖部位上，成熟区的细菌定殖密度较高，且表现为根内＞根表＞根际，但根尖部位没有发现细菌定殖。 (3)菌株CAS07在接种至海马齿根际24h后，转录组测序结果表明，共有2339个基因发生了显著性差异表达，其中979个基因上调，1360个基因下调，其基因表达变化主要有以下特点:(i)多个与TCA循环、氧化磷酸化等能量代谢相关的基因表达量增加;(ii)多个与蛋白质合成相关的基因如色氨酸、谷氨酸合成酶相关基因表达量增加;(iii)多数与物质转运相关的基因发生了差异表达，其中与蛋白质、磷脂、脂蛋白转运相关的基因表达量增加;(iv)与细菌趋化性和细胞运动相关的基因表达量整体减少;(v)与铜绿假单胞菌趋化性正调控相关的基因表达量减少，但胞外多糖合成相关基因增加;(vi)多个与Fe-铁载体复合物受体和转运系统相关的基因表达量增加。 综上所述，本研究对菌株Pseudomonassp.CAS07根际定殖相关的基因功能和定殖策略进行了预测，探究了该菌在海马齿根际的定殖能力和特点，并从转录水平揭示了该菌在海马齿根际的定殖机制。研究结果为探究生态浮床修复植物与根际微生物互作机制，提高微生物-植物联合修复效率提供了新的理论依据。
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