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宏基因组重测序发现大豆中控制菌根定植的基因

来源:springerlink作者:Pawlowski

丛枝菌根真菌AMF与80%以上的陆生植物形成共生关系,通过提高植物对养分的吸收、耐旱性和对病虫害的抵抗力来辅助寄主植物生长。作物中,包括大豆,针对AMF定殖的基因型变异已被证实,但大豆AMF定殖的遗传控制水平尚不清楚。

和大多数植物一样,大豆与土壤真菌是共生菌根关系。为了获得一点糖,这种真菌可以作为根系的延伸,比植物吸收更多的磷、氮、微量营养素和水分。

菌根真菌自然存在于土壤中,也可以买到商品化的土壤接种剂,但伊利诺伊大学的最新研究表明,并非所有大豆基因型对菌根关系的反应都相同。研究的总体目标是:通过宏基因组关联分析来确定与大豆菌根定植相关的基因组区域。

研究人员在装满一种常见菌根真菌孢子的盆栽中培育了350种不同基因型的大豆。六周后,用显微镜观察了350个不同基因型大豆接种根内噬根菌后的根定殖情况,评估定殖程度

不同基因型间的根定植差异显著,P<0.001,在11-70%之间。宏基因组重测序衍生的SNP数据集确定了6个与根内嗜根菌定殖显著相关的数量性状位点(QTL),解释了24%的表型变异。

在这些QTL区域发现的候选基因包括已知结节蛋白家族的同源基因和其他共生特异基因。

这意味着也有可能发现基因差异。

根定植的过程在真菌孢子在土壤中发芽之前就开始了。根分泌出化学物质,引发孢子萌发并向根生长。一旦真菌接触,植物中会发生复杂的连锁反应,阻止通常用于针对入侵病原体的防御攻击。取而代之的是,植物允许真菌进入根部并在根部建立区域,在那里它创造出一种叫做丛枝的微小树状结构;这是真菌和植物交换糖和营养物质的地方。

这项研究表明,大豆的根定殖率与遗传因素有关。为了找到这些因素,研究人员比较了350个基因型的基因组,并在六个与大豆不同程度定殖相关的基因组区域进行了研究。

研究人员利用所有有关大豆基因组和基因表达的信息,在这六个区域内找到可能的因果基因。

根据这项研究,这些基因控制着化学信号和途径,这些信号和途径让真菌向着根,让植物认识到菌根真菌是一个“好人”,帮助建立丛枝菌,等等。

在定植过程中的几乎每一步,我们都在这些区域内发现相关基因。

了解哪些基因控制根系定殖,可以引导育种家培育出对菌根真菌亲和力更高的大豆品种,这可能意味着提高养分吸收、耐旱性和抗病性。

这种改善大豆产量的环境友好方法也可能有助于减少化肥和农药的过度使用,促进更全面的作物生产系统。

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参考文献

Whole-genome resequencing identifies quantitative trait loci associated with mycorrhizal colonization of soybean

Michelle L. Pawlowski, Tri D. Vuong, Babu Valliyodan, Henry T. Nguyen & Glen L. Hartman



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