手参种子萌发阶段的共生真菌多样性及共生萌发机制初探

扫码查看

原文链接

NETL

中文摘要：手参Gymnadenia conopsea(L.)R.Br.是一种广域零星分布的地生型兰科植物，是中国传统中药，也是藏药和蒙药的常用药，具有补肾益精、理气止痛等作用。由于手参还未实现人工栽培，市场需求的不断攀升加之较低的自然繁殖率，使其野生种群数量急剧下降，现已被中国《重点保护野生植物名录》列为二级保护植物。因此，探究手参种子真菌共生萌发对手参种质资源的保护和种群数量的恢复具有重要意义。兰科植物与菌根真菌有着天然的共生关系，菌根真菌不仅为兰科植物提供营养物质，提高植物的抗逆性，还具有促进种子萌发的作用。前期研究中发现了一株角担菌属Ceratobasidium菌株GS2可有效地促进手参种子的萌发。基于此，本文以自然条件下GS2伴播萌发的手参种子为研究材料，利用Illumina MiSeq高通量测序技术明确手参种子不同萌发阶段共生真菌和细菌的多样性变化，进而对可培养的共生真菌进行了分离及促种子萌发活性筛选，并利用TMT标记定量蛋白技术从蛋白组学水平上对真菌在促进手参种子萌发过程中的分子机制进行了初步探究。本文主要的研究结果如下: 1.首次在自然条件下成功实现了手参种子的真菌共生萌发，其中种子突破种皮阶段的萌发率可达到11.96±2.65％，最终有3.16±1.63％左右的种子萌发至早期幼苗阶段;在室内条件下，初步建立了室内手参种苗的繁育体系。该结果为实现手参的种群恢复和大规模仿野生种植提供种苗来源奠定了良好的基础。 2.手参种子不同萌发阶段的共生真菌类群组成存在显著性差异(R2=0.568，P＜0.001)，共检测到了116个OTUs，角担菌科为其主要优势类群，占比96.46％，其中四个萌发阶段共享的43个OTUs为真菌的核心OTUs;同样，共生细菌的群落组成也存在显著性差异(R2=0.314，P=0.001)，共检测到了162个OTUs，细菌优势菌群为假单胞菌科，伯克霍尔德科菌等真菌，其中四个萌发阶段共享的73个OTUs为细菌核心OTUs。在手参种子不同萌发阶段检测到较高的共生真菌和细菌多样性，说明除了起始所使用的菌株GS2，还有大量的土著真菌和细菌参与其中。 3.从不同萌发阶段的种子中共分离获得了31个菌株，其中5个角担菌科菌株具有促进手参种子萌发的活性，包括起始所使用的菌株GS2，这验证了GS2在自然条件下对手参种子萌发的有效性，而其他菌株均不具有促种子萌发活性，其生态功能有待进一步明确。 4.纯培养菌丝和与手参种子共生菌丝的差异蛋白组分析共获得了98个差异蛋白，其中68个上调，30个下调，主要富集于淀粉和蔗糖代谢、氨基酸和核苷代谢、甘油磷脂代谢和MAPK等途径，暗示菌丝从萌发的种子中获得了糖、脂等营养物质。通过本文的研究，首次实现了自然条件下手参种子的真菌共生萌发;明确了手参种子在不同萌发阶段的共生真菌多样性变化;从萌发的种子中再次分离到了菌株GS2，显示其在自然条件下促进种子萌发的有效性;所获得的其他促进种子萌发的角担菌科真菌亦可在今后手参的种植中加以应用;初步解析了GS2菌株在促进手参种子萌发过程中菌丝中的差异蛋白组，初步推测了菌丝与种子在蛋白组水平的互作机制。本文的研究结果将为进一步实现手参的仿野生规模化种植和解析真菌促进种子萌发的分子机制奠定了良好的基础，对实现手参资源的可持续利用具有重要意义。

作者：

姜喜铃

展开 >

关键词：

手参种子萌发阶段共生真菌菌株多样性萌发机制

授予学位：

硕士

学科专业：

中药学

导师：

丁万隆；邢晓科

学位年度：

2022

学位授予单位：

北京协和医学院

语种：

中文

中图分类号：