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植物与微生物共生在自然界中是一种普遍存在的生物现象,大多数陆生植物根系能够和内生真菌形成菌根共生体,对植物的生长发育具有重大的作用。共生体能够扩大寄主植物根系的吸收面积,增加寄主植物对磷及其它营养的吸收;能够产生生长激素,促进植物生根、萌发和生长;可以提高寄主植物的抗逆性,提高寄主植物对不良环境的综合抵抗能力:能够产生抗生物质,抑制病原菌生长发育,还有些菌根真菌能寄生在病原菌上形成重寄生,杀死或溶解病原菌;可以改善植物根际环境。近年的研究表明,在真菌入侵植物时,植物能够诱导产生一些信号分子和基因的表达,如共生受体样蛋白激酶(Symbiosis receptor-like protein kinase,SYMRK)。SYMRK是控制共生形成的一个关键组分,是植物-真菌共生过程中重要的信号分子和调控基因,该基因所编码的蛋白在植物识别和应答菌根真菌早期信号转导途径中是必需的。
本研究利用RACE等分子生物学技术,从豆科植物山藜豆(Lathyrus sativus L.)中克隆了LsSYMRK基因。序列分析表明LsSYMRK全长2775bp,编码925个氨基酸。SYMRK属于富含亮氨酸重复序列(leucine-rich repeat,LRR)型植物受体蛋白激酶,它包括胞外受体结构域、跨膜结构域和胞内激酶结构域三个部分。
把克隆得到的LsSYMRK序列分别置于组成型启动子CaMV35S、Ubiqutin和根特异性启动子的控制下,构建了不同的正、反义表达载体,以除草剂抗性基因为选择标记。利用植物基因工程技术将不同启动子驱动的表达载体转入烟草(Nicotiana tabacum var.Winsconsin38)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和匍匐翦股颖(Agrostis stolonifera)等不同的受体植物中。PCR和Northern杂交等方法证明该基因已经转化到植物中并且能够正常表达。
另外,我们对非豆科植物中SYMRK基因的研究进行了尝试。从高羊茅(Festuca arundinaca)根部分离了内生真菌,经18SrDNA鉴定为赤霉属(Gibberella)真菌。将此菌浸染培养的高羊茅幼苗,提取RNA,经RT-PCR获得600bp的片段,Blast比对结果表明它与SYMRK具有较高的相似性。为高羊茅SYMRK基因的克隆及其功能分析奠定了基础。