《叢枝菌根在多個被子植物科中演變丟失的分子遺傳機制》是依託南京大學，由王斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：叢枝菌根在多個被子植物科中演變丟失的分子遺傳機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王斌
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
地球上絕大多數陸地植物的根部會與真菌形成一種互相交換營養的共生體，稱為菌根。但在被子植物中，大約14%的物種在自然條件下卻不再依賴菌根這一原始的營養獲取方式，其演變過程及內在原因一直未被深入研究。近年來隨著分子遺傳學和基因組學的快速發展，控制菌根形成的多個共生基因被陸續發現，這為調查菌根在多個被子植物類群中演變丟失的內在機制提供了重要基石。本研究項目選取有代表性，且背景研究較清晰的十字花科、傘形科、莎草科、禾本科共四個類群為研究對象，從分子進化的角度，調查多個共生基因（DMI1, DMI2, DMI3）在其代表性物種中的分布及演化表達規律。其研究結果不僅將系統的驗證這些類群中共生基因與菌根性狀的關聯性；而且可揭示當物種向非菌根轉化時，其內在遺傳機制演化變異、丟失或被調控抑制的具體過程。本項目還將有助於鑑別不同經濟作物品種形成菌根能力的差異性，為改善種植模式，推廣綠色農業奠定理論基礎。
結題摘要
地球上絕大多數陸地植物的根部會與叢枝真菌形成互相交換營養的共生體，稱為叢枝菌根。但在以十字花科為代表的一些被子植物類群中，許多物種在自然條件下卻不再形成叢枝菌根，其丟失演變的過程及分子機制值得深入研究。針對於此，本項目首先仔細調查了35個陸地植物與6個綠藻類植物基因組數據，鑑定了三個重要共生基因（DMI1/Pollux, Castor, DMI3/CCaMK）在這些植物基因組中的存在情況。總體上看，在多數植物基因組中，三個共生基因都傾向於維持單個拷貝，在少數物種中存在基因複製。數據表明：DMI3/CCaMK基因的起源節點與陸地植物大體上同步，而DMI1/Pollux, Castor兩個基因的起源時間早於陸地植物。在十字花科植物基因組中，DMI3/CCaMK基因與Castor兩個基因已經缺失，這與其不形成共生菌根的性狀一致。接下來，本項目收集了以十字花科為代表的多個植物類群的相關物種材料，嘗試通過分子手段從這些物種中分離得到相關共生基因的序列，並進行分析。結果表明，在十字花科物種中，DMI3/CCaMK基因與Castor兩個基因確實缺失，而DMI1/Pollux基因卻不僅被保存下來，還經常複製出多個不同拷貝。而在傘形科的物種中，三個共生基因基本全部存在。菌根性狀的鑑定實驗結果也同時表明，十字花科物種根部基本不形成叢枝菌根，而傘形科物種根部經常觀察到菌根結構。綜合結果表明DMI3/CCaMK基因與菌根性狀的關聯性最好，可用於今後植物物種菌根形成能力的分子鑑定。而DMI1/Pollux基因很可能在十字花科等類群中參與了其他功能，這一點值得進一步研究。此外，我們還分離、培養了多個叢枝真菌物種，並在實驗室環境下利用這些叢枝真菌分別與不同植物物種，以及禾本科的一些重要經濟作物（如水稻、小麥的不同品種）進行了接種實驗，關注了植物物種或作物品種與不同叢枝真菌的配合生長情況。這也是我們今後將要關注的一個重要研究方向。
