干旱胁迫下丛枝菌根真菌对玉米生长和抗旱性的影响

【目的】研究干旱胁迫下丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)对玉米生长与抗旱性的影响及作用机理。【方法】以云南广泛种植的玉米杂交种为材料,通过盆栽试验在不同水分胁迫下设置接种AMF和不接种对照处理,对不同处理的土壤理化性质、菌根侵染率、植株表型及其根际微生物进行比较分析。【结果】AMF能很好地侵染玉米根系并形成共生,但侵染率随干旱程度的增加呈下降趋势;接种AMF可提高玉米根际土壤pH,使土壤酸度降低;AMF可促进玉米植株生长,但不影响植株的生长周期;与未接种对照相比,接种AMF的玉米叶片相对含水量提升,渗透调节物质有不同程度的降低,中度干旱下抗氧化酶活性显著增加,可缓解干旱对植株的伤害。接种AMF使根际土壤细菌OTU数量发生变化,显著富集的OTU数目随干旱程度的增加而增多;干旱胁迫下接种AMF可提高玉米根际土壤细菌群落多样性,改变根际细菌群落结构,丰富根际土壤细菌群落的代谢功能。玉米根际土壤细菌群落丰度与菌根侵染率、土壤pH、植株株高和干重存在显著相关性;菌根侵染率与土壤pH、植株生长指标、叶绿素含量、叶片相对含水量、抗氧化酶活性等存在不同程度的正相关,与可溶性糖、丙二醛、脯氨酸含量存在负相关;根际土壤优势菌门中,蓝藻菌门、拟杆菌门、放线菌门和疣微菌门分别与植株部分生长和抗旱指标存在一定程度的相关性。【结论】接种AMF能降低土壤酸度、促进玉米生长和增强其抗旱性,提高玉米根际土壤细菌群落的多样性、改变根际细菌群落结构和功能,为进一步利用AMF提高玉米应对干旱胁迫提供参考。

联合全基因组关联和转录组分析筛选玉米拟轮枝镰孢穗腐病的抗性候选基因

玉米是我国第一大粮食作物,实现玉米的高产稳产对于我国粮食安全、农业稳定有重要意义。穗腐病是一种严重危害全球玉米的真菌性病害,会造成玉米大幅减产和品质劣变。本研究选用我国玉米穗腐病的优势致病菌拟轮枝镰孢(Fusariumverticillioides),对241份来源广泛的玉米自交系进行2年田间人工接种抗性鉴定,同时利用20,586个高质量SNP标记通过全基因组关联分析(genome-wideassociationstudy,GWAS),鉴定拟轮枝镰孢穗腐病抗性显著关联的SNP位点;在此基础上选取对拟轮枝镰孢穗腐病表现高抗和高感的玉米自交系各1份,其籽粒在室内接种拟轮枝镰孢,通过对3个不同侵染时间的籽粒进行转录组测序(RNA-seq),分析抗感材料差异表达基因(differentiallyexpressedgenes,DEGs)及其富集情况;结合GWAS和RNA-seq结果,共同定位筛选抗病候选基因。主要研究结果如下:(1)综合2年田间抗性鉴定结果,筛选到4份抗拟轮枝镰孢穗腐病的玉米自交系,其中含有热带血缘的玉米种质对拟轮枝镰孢穗腐病表现出更好的抗性。(2)2年GWAS分析共检测到26个与拟轮枝镰孢穗腐病抗性显著关联的SNP位点,其中有18个位点位于前人定位到的QTL范围内。(3) RNA-seq结果表明,抗感材料对病原菌的响应基因不同。与感病材料相比,抗病材料均显示出更多的DEGs,且都有更多的上调基因;在抗感材料特异性DEGs共同富集的GO条目和KEGG通路中,抗病材料中富集到的DEGs占比显著多于感病材料;一些与植物防御病原菌相关的条目和通路也仅在抗病材料中被特异富集。(4)在GWAS检测到的显著关联位点上下游100 kb范围内筛选与转录组DEGs共同定位到的候选基因,结果 16个基因被GWAS和RNA-seq同时检测到;根据这些基因的蛋白功能及相关文献报道,从中预测到6个与拟轮枝镰孢穗腐病抗性相关的候选基因。综上所述,本研究筛选出4份抗拟轮枝镰孢穗腐病的玉米自交系,来自热带、亚热带的玉米种质可以作为抗逆性品种选育的研究重点;对抗感玉米自交系响应拟轮枝镰孢侵染的DEGs及其相关抗病机制进行了初步解析,联合GWAS和RNA-seq共定位到6个与拟轮枝镰孢穗腐病抗性相关的候选基因,研究结果为玉米穗腐病抗性基因的克隆验证与抗性品种的培育提供了一定的理论依据。

丛枝菌根真菌对玉米耐旱性的影响研究进展

丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizal,AM)真菌是一类能与80%以上陆地植物共生且分布广泛的土壤微生物,对植物生长和抗逆性具有重要的调节作用。玉米是全球和我国的第一大作物,干旱是造成玉米产量低而不稳的首要因素,近年来利用AM真菌应对干旱已成为玉米抗旱研究的热点。该文从土壤结构、植物形态、水分和养分的吸收与利用、光合和蒸腾作用等6个方面就AM真菌对玉米耐旱性影响的研究进行了综述,总结了研究目前已取得的进展与存在的问题,为系统认识AM真菌提高玉米耐旱性的机理、探讨提高玉米耐旱性的策略与途径提供参考。