水稻根系分泌物2’-脱氧麦根酸(DMA)对根际及根内微生物群落组成的影响

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中文摘要：植物对土壤养分的吸收除了植物自身的因素外，根际和根内的微生物种群对养分的活化、转运和吸收也起到关键作用。因此，根际和根内的微生物种群是描述植物生命活动的另一个维度，被认为是植物的第二基因组。禾本科作物水稻在缺铁条件下，通过向根际分泌麦根酸类物质——2’-脱氧麦根酸（Deoxymugineicacid,DMA），螯合土壤中被固定的三价铁（Fe3+），再通过Fe3+-DMA转运体将铁素转入水稻根内，这一过程是机制Ⅱ植物吸收土壤铁的典型方式；除此以外，水稻适应长期淹水的生长环境，还拥有一套类机制Ⅰ铁吸收方式，即利用二价铁转运体直接从淹水土壤中吸收还原态铁。水稻铁吸收机制Ⅱ关键调控因子突变体osbhlh156和iro2，分别缺失机制Ⅱ上游关键调控因子OsbHLH156和IRO2，不能合成和分泌DMA，从而对环境缺铁更为敏感。本研究利用野生型水稻、osbhlh156和iro2突变体材料，在两种不同产地的水稻土中设置淹水和旱作两种培养条件，以模拟水稻利用类机制Ⅰ体系吸收二价铁及机制Ⅱ体系吸收三价铁的土壤环境。试验对上述处理的根际及根内微生物进行了取样和DNA提取，并通过16SrRNA扩增子测序和数据分析，获得了以下结果：（1）土壤条件和种植方式对根际和根内微生物群落的组成造成了显著的影响。与之相比，根际分泌物DMA的影响相对较小，但仍不可忽视。DMA缺失下的根际样品中，在拟杆菌门（Bacteroidetes）、Beta变形菌纲（Betaproteobacteria）、Candidatus_Saccharibacteria门、Gamma变形菌纲（Gammaproteobacteria）以及芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）的相对丰度更高；DMA缺失下的根内样品中，变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）的相对丰度更高。（2）微生物在与植物的相互作用中，从土壤定殖到根中。通过对比根际和根内的微生物组成差别，发现过程中微生物数量及种群多样性均出现了减少，说明了微生物受到不同基因型水稻的选择，在共同进化过程中，参与到了水稻的养分吸收当中。（3）本研究筛选到了包括有慢生根瘤菌属,火山盘杆菌属在内的9个微生物类群作为生物标记物，这些标记物可区分水稻根际是否有DMA分泌。通过功能预测发现，ATP结合盒（ATP-bindingcassette,ABC）转运蛋白可能参与到植物及微生物铁转运过程并行使功能。本研究结果明确了DMA对水稻根际及根内微生物群落组成的影响，为全面解析微生物在水稻缺铁响应过程中的作用提供了数据基础。

作者：

杨临泽

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关键词：

水稻麦根酸类物质根际微生物根内微生物微生物群落

授予学位：

硕士

学科专业：

植物学

导师：

寿惠霞

学位年度：

2022

学位授予单位：

浙江大学

语种：

中文

中图分类号：