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Isolation and identification of endophytes infecting Stipa purpurea, a dominant grass in meadows of the Qinghai-Tibet Plateau

青藏高原高寒草地优势禾草-紫花针茅内生真菌分离和鉴定



全 文 :犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2015214 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
鲍根生,李春杰.青藏高原高寒草地优势禾草-紫花针茅内生真菌分离和鉴定.草业学报,2016,25(3):3242.
BAOGenSheng,LIChunJie.Isolationandidentificationofendophytesinfecting犛狋犻狆犪狆狌狉狆狌狉犲犪,adominantgrassinmeadowsoftheQinghai-
TibetPlateau.ActaPrataculturaeSinica,2016,25(3):3242.
青藏高原高寒草地优势禾草-紫花针茅
内生真菌分离和鉴定
鲍根生1,2,李春杰1
(1.草地农业生态系统国家重点实验室,兰州大学草地农业科技学院,甘肃 兰州730020;2.青海大学畜牧兽医科学院,青海 西宁810016)
摘要:紫花针茅作为青藏高原高寒草原群落中主要优势禾草之一,关于该植物所感染禾草内生真菌的形态和分类
研究尚未见报道。本研究采用分离培养获取不同样点的紫花针茅内生真菌菌落,利用特异性引物克隆紫花针茅内
生真菌序列,并与 Genbank中下载的序列共同构建系统进化树。结果表明,青海省紫花针茅样品带菌率高达
100%,而其他区域样品均不带菌。分离的内生真菌菌落从菌落形态、生长速度及分生孢子形态等特征均与
犈狆犻犮犺犾狅ё属内生真菌的形态特征相似。系统进化关系表明,它们分别与北美洲竖针茅体内无性态内生真菌
犈狆犻犮犺犾狅ё犮犺犻狊狅狊犪、醉马草内生真菌犈狆犻犮犺犾狅ё犻狀犲犫狉犻犪狀狊及甘肃内生真菌犈狆犻犮犺犾狅ё犵犪狀狊狌犲狀狊犻狊具有较近的亲缘关系,
进一步说明紫花针茅所感染内生真菌与宿主间未体现出严格的宿主特异性。
关键词:青藏高原;紫花针茅;内生真菌;系统发育;宿主   
犐狊狅犾犪狋犻狅狀犪狀犱犻犱犲狀狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀狅犳犲狀犱狅狆犺狔狋犲狊犻狀犳犲犮狋犻狀犵犛狋犻狆犪狆狌狉狆狌狉犲犪,犪犱狅犿犻狀犪狀狋
犵狉犪狊狊犻狀犿犲犪犱狅狑狊狅犳狋犺犲犙犻狀犵犺犪犻-犜犻犫犲狋犘犾犪狋犲犪狌
BAOGenSheng1,2,LIChunJie1
1.犛狋犪狋犲犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犌狉犪狊狊犾犪狀犱犃犵狉狅犲犮狅狊狔狊狋犲犿狊,犆狅犾犾犲犵犲狅犳犘犪狊狋狅狉犪犾犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犲犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔,犔犪狀狕犺狅狌犝狀犻
狏犲狉狊犻狋狔,犔犪狀狕犺狅狌730020,犆犺犻狀犪;2.犃犮犪犱犲犿狔狅犳犃狀犻犿犪犾犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犞犲狋犲狉犻狀犪狉狔犕犲犱犻犮犻狀犲,犙犻狀犵犺犪犻犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犡犻狀犻狀犵810016,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:犛狋犻狆犪狆狌狉狆狌狉犲犪isadominantgrassspeciesinalpinegrasslandoftheQinghai-TibetPlateau.
Researchonthisspeciestodatehasfocusedondefininggeneticdiversity,communityclassification,ecological
function,physiologicaltraitsandgrasslandcommunitycharacteristics;however,isolationandidentificationof
endophytefungifrom犛.狆狌狉狆狌狉犲犪hasseldombeenattempted.Endophytewasisolatedfrom犛.狆狌狉狆狌狉犲犪by
leafsurfacesterilizationandaxenicculture,andhyphae,colonyphysicalcharacteristics,andconidialmorpholo
gywereobserved.Endophytenucleotidesequenceswereclonedby狋狌犫犅,狋犲犳犃,and犪犮狋犌specificprimers,and
representativeendophytesequencesweredownloadedfromGenbanktodeterminehomology.Amaximumlike
lihoodmethodwasappliedtoconstructaphylogenetictree.Itwasfoundthatendophyteoccurrencein犛.狆狌狉
狆狌狉犲犪wasrelativelyhighinQinghaiprovince,comparedtoothersites.Colonymorphologycharacteristics,
growthspeedandmorphologyofconidiawereidenticaltothoseof犈狆犻犮犺犾狅ёspp.Theresultsof狋狌犫犅and狋犲犳犃
phylogenyindicatedthatfourendophytestrainsisolatedfrom 犛.狆狌狉狆狌狉犲犪 weremostcloselyrelatedto
32-42
2016年3月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第25卷 第3期
Vol.25,No.3
收稿日期:20150423;改回日期:20150717
基金项目:国家973计划课题(2014CB138702),国家自然科学基金项目(31372366),教育部创新团队发展计划项目(IRT13019)和公益性行业
(农业)科研专项经费项目(201203041)资助。
作者简介:鲍根生(1980),男,青海乐都人,助理研究员,在读博士。Email:baogensheng2008@hotmail.com
通信作者Correspondingauthor.Email:chunjie@lzu.edu.cn
犈狆犻犮犺犾狅ё犮犺犻狊狅狊犪fromNorthAmerican犃犮犺狀犪狋犺犲狉狌犿犲犿犻狀犲狀狊andformedtwodistinctbranches.Fourotheren
dophytestrainsisolatedfrom犛.狆狌狉狆狌狉犲犪weremostcloselyrelatedto犈狆犻犮犺犾狅ё犻狀犱犫狉犻犪狀狊and犈狆犻犮犺犾狅ё犵犪狀
狊狌犲狀狊犻狊,whichinfect犃犮犺狀犪狋犺犲狉狌犿犻狀犲犫狉犻犪狀狊andthesestrainsformedanotherdistinctbranch.Inaddition,a
nalysisof犪犮狋犌phylogenyindicatedthatfourclarifyfurtherendophytestrainsisolatedfrom犛.狆狌狉狆狌狉犲犪were
alsomostcloselyrelatedto犈狆犻犮犺犾狅ё犮犺犻狊狅狊犪from NorthAmerican犃.犲犿犻狀犲狀狊andformedanotherdistinct
branch.Otherendophytestrainsisolatedweremostcloselyrelatedto犈狆犻犮犺犾狅ё犵犪狀狊狌犲狀狊犻狊fromChina(Xin
jiang)andformedanotherdistinctbranch.Ourresultssuggestthatthehostspecificitymightnotoccurinen
dophytesinfecting犛.狆狌狉狆狌狉犲犪and犛.狆狌狉狆狌狉犲犪appearstobeinfectedbyvarious犈狆犻犮犺犾狅ёspecies.
犓犲狔狑狅狉犱狊:Qinghai-TibetPlateau;犛狋犻狆犪狆狌狉狆狌狉犲犪;犈狆犻犮犺犾狅ё;phylogeny;host
紫花针茅(犛狋犻狆犪狆狌狉狆狌狉犲犪)隶属禾本科针茅属[1],多年生草本,系寒旱生植物,粗蛋白含量高,粗纤维少,营
养价值比较高[23]。主要分布在海拔1900~5150m的高原地带,是青藏高原、帕米尔高原和中亚高山地带的特
有植物[45]。紫花针茅草原是青藏高原地区高寒草地中分布面积较广、最具有代表性的草地类型,其面积占高寒
草原类草地总面积的30.92%[67];其建群种紫花针茅具有耐寒、耐旱、耐践踏和抗风沙等特性[810]。
目前有关紫花针茅研究主要集中在基因多样性、群落分类、生理生态和草原群落等方面[3,56,9,1116]。然而,有
关紫花针茅感染的微生物及与微生物间互作研究较少,李振东等[17]分离紫花针茅体内内生细菌,发现内生细菌
具有较强的抑菌活性。南志标和李春杰[18]研究发现,紫花针茅带菌高达67%;同时,笔者在青海高原禾草内生真
菌带菌率检测研究发现,紫花针茅带菌率高达100%(数据未发表)。
麦角菌科的内生真菌与冷季型禾草在长期进化过程中形成了互惠共生关系[1923]。内生真菌不仅能提高宿主
对逆境的适应性[2429],同时合成的次生代谢物能提高草食家畜和昆虫的拒食性[3034];而宿主为内生真菌提供生
活的场所和生长所需的营养物质[20,3536]。Leuchtmann等[37]将犖犲狅狋狔狆犺狅犱犻狌犿 属内生真菌归类到犈狆犻犮犺犾狅ё属,
总计43种禾草内生真菌。目前,分子系统发育分析已广泛应用于禾草内生真菌分类和系统进化研究中,其中保
守区的编码蛋白(狋狌犫犅)、转录延长因子(狋犲犳犃)和肌动蛋白(犪犮狋犌)基因序列被用来区分不同宿主体内内生真菌的
分类[3839]。本研究利用形态学和分子标记的方法,通过菌落和分生孢子形态比较,构建系统发育树,对紫花针茅
内生真菌进行归类并进行分子鉴定,为今后紫花针茅在高寒逆境条件下适应性和利用内生真菌抗逆性育种提供
新思路。
1 材料与方法
1.1 供试材料
紫花针茅植物样品主要在青藏高原地区天然高寒草地上采集,于2012年至2014年8-9月在牧草成熟季
节,在西藏阿里地区、青海省、四川省西北部和甘肃省南部采集紫花针茅单株样品22份。采集区域介于北纬
30°14′54.0″-37°19′50.2″,东经79°55′47″-102°32′42″,草地类型主要以高寒草原为主(表1)。每个采样点间隔
10m,随机采集10~20株紫花针茅单株地上部分放入信封,编号后带回实验室。
1.2 内生真菌分离和培养
每个单株挑选5粒种子,参照李春杰等[39]的方法进行种皮和糊粉层内生真菌检测,具体方法参照Iannone
等[40]的方法。选取带菌种子进行表面消毒,具体方法为:先用70%酒精消毒1min,然后用1%次氯酸钠消毒3~
5min,用无菌水冲洗3~5次,用灭菌滤纸吸干种子表面残留的液体,随后将种子摆放到马铃薯葡萄糖琼脂
(PDA)培养基上,在25℃黑暗条件下培养1月。在种子表面形成菌落后,在边缘挑取少许菌丝在PDA培养基上
进行培养,待产孢后挑取单个孢子在25℃黑暗条件下进行纯培养,每周测量菌落直径,4周后进行分生孢子和分
生孢子梗形态观察和大小测量。
1.3 DNA分离、扩增和纯化
参照高效真菌DNA提取试剂盒(OMEGA公司)提取DNA方法,用单孢培养菌落的10~50 mg新鲜的紫
33第25卷第3期 草业学报2016年
花针茅内生真菌菌丝提取内生真菌全基因组,分别用
狋狌犫犅(5′GAGAAAATGCGTGAGATTGT,3′GTTT
CGTCCGAGTTCTCGAC),狋犲犳犃(5′GGGTAAGGAC
GAAAAGACTCA,3′CGGCAGCGATAATCAGGA
TAG)和犪犮狋犌(5′GAAGTTGCTGCCCTCGTTATC,
3′AACCACCGATCCAGACAGAGT)3对引物对内
生真菌基因组进行聚合酶链式反应(PCR)扩增。PCR
选用25μL体系,包括5ngDNA模板、1.0UTaq
DNA聚合酶、1×PCR缓冲液、1.5mmol/LMgCl2、
0.2mmol/LdNTP(dATP、dCTP、dGTP、dTTP)和
1μmol/L上、下游引物。PCR循环参数设定为:94℃
预变性5min,94℃变性30s,50℃退火1min,35个循
环,最后,72℃延展10min,并在4℃保持。将PCR扩
增产物在1.5%琼脂糖凝胶上进行电泳,回收片段连
接于pGEM?TEasy载体(Promega生物公司)并转
入大肠杆菌DH5α。每个样本挑选5个阳性克隆,并
送交兰州励合生物技术公司进行测序。所测序列提交
表1 紫花针茅分离内生真菌编号和美国生物技术信息
中心(犖犆犅犐)基因库中狋狌犫犅、狋犲犳犃和犪犮狋犌 序列登录号
犜犪犫犾犲1 犈狀犱狅狆犺狔狋犲犻狊狅犾犪狋犲狊犳狉狅犿犛.狆狌狉狆狌狉犲犪犪狀犱
犌犲狀犅犪狀犽犪犮犮犲狊狊犻狅狀狀狌犿犫犲狉狊狅犳狋犺犲犻狉
狋狌犫犅,狋犲犳犃犪狀犱犪犮狋犌狊犲狇狌犲狀犮犲狊
分离内生真菌
编号Isolation
number
NCBI基因库登录号
GenBankaccessionnumberinNCBI
狋狌犫犅 狋犲犳犃 犪犮狋犌
Sp2 KP877323 KP877315 KP877331
Sp19 KP877324 KP877316 KP877332
Sp25 KP877325 KP877317 KP877333
Sp27 KP877326 KP877318 KP877334
Sp41 KP877327 KP877319 KP877335
Sp49 KP877328 KP877320 KP877336
Sp51 KP877329 KP877321 KP877337
Sp54 KP877330 KP877322 KP877338
至GenBank数据库,狋狌犫犅序列登录号为KP877323~KP877330,狋犲犳犃序列登录号为KP877315~KP877322,犪犮狋犌
序列登录号为KP877331~KP877338(表1)。
1.4 序列比对及系统发育分析
用紫花针茅内生真菌狋狌犫犅、狋犲犳犃和犪犮狋犌 测序序列在NCBI基因数据库中Blast程序搜索直系同源序列,挑
选禾草内生真菌相关的狋狌犫犅、狋犲犳犃和犪犮狋犌 序列(表2)。由于NCBI提交的不同内生真菌不同标记序列长度存在
差异,根据Craven等[38]和Gentile等[41]提出狋狌犫犅、狋犲犳犃和犪犮狋犌 序列差异主要体现在内含子区域差异的观点,所
以所用序列去除外显子而保存内含子进行系统发育分析[37,40]。用ClustalX进行比对,比对结果中有歧义的位
点进行人工优化。比对结果采用PAUP4.0b10软件中最大简约法(maximunparsimony,MP)构建系统发育
树。空白位点作为缺失信息处理,同时,每个位点状态不排序且权重相等。采用启发式搜索获取最大简约树,用
Bootstrap自展法1000次重复,并将自展值大于50值标记到进化树分枝上。
2 结果与分析
2.1 紫花针茅内生真菌分离和形态特征
2012-2014年分别从青藏高原地区22个样点采集紫花针茅植物样品,其中青海省11个样点采集紫花针茅
带菌率高达100%,而西藏阿里、日喀则、那曲地区9个样点紫花针茅不带菌,四川省和甘肃省2个样点紫花针茅
亦不带菌(表2)。青海省紫花针茅分布样点共分离获得8个菌株,分离菌株的菌落形态相似。在25℃黑暗培养
条件下,PDA培养基上生长缓慢,平均生长速率为11~15mm/周;菌落正面白色棉质,质地致密,气生菌丝发达,
菌落中央隆起,边缘整齐(图1B);反面从中央到边缘由暗褐色变成黄色(图1C)。分生孢子单生于分生孢子梗顶
端,光滑、透明、无隔,舟形或肾形,(3.2~7.3)μm×(2.6~3.3)μm(图1E);分生孢子梗基部单生或基部生成两
个分枝,长8.4~28.0μm,基部宽1.5~2.9μm,顶端宽0.6~1.1μm(图1D~E)。以上特征均符合犈狆犻犮犺犾狅ё属
内生真菌的形态特征。
2.2 系统发育分析
将紫花针茅分离的8个菌株(stpu2、stpu19、stpu25、stpu27、stpu41、stpu49、stpu51、stpu54)的总DNA为模
板,利用狋狌犫犅、狋犲犳犃和犪犮狋犌3个管家基因为引物分别扩增目的片段基因,各个引物只扩增到一个目的片段,未发
现其他拷贝。通过NCBI比对后,分别抽取54,52,53条禾草内生真菌狋狌犫犅、狋犲犳犃和犪犮狋犌 序列;构建狋狌犫犅系统
43 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.3
表2 紫花针茅采集样点及内生真菌带菌率检测
犜犪犫犾犲2 犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀狅犳犮狅犾犲犮狋犻狀犵狊犻狋犲狊犪狀犱狉犲狊狌犾狋狊狅犳犻狀犳犲犮狋犻狅狀狅犮犮狌狉狉犲狀犮犲犳狅狉犛.狆狌狉狆狌狉犲犪
编号
Number
采集地点
Sites
年份
Years
位置坐标Locationcoordinates
纬度
Latitude
经度
Longitude
海拔
Elevation
(m)
带菌率
Infection
rate(%)
1 青海省兴海县河卡镇HekaTown,XinghaiCountyofQinghaiProvince 2012 35°55′15.7″ 100°02′28.5″ 3231 100
2 青海省共和县尕海滩GahaiBeach,GongheCountyofQinghaiProvince 2012 36°51′07.2″ 100°45′23.3″ 3227 100
3 青海省共和县石乃亥乡ShinaihaiTown,GongheCountyofQinghaiProvince 2013 37°02′03.1″ 99°34′45.1″ 3230 100
4 青海省贵南县过马营镇GuomayingTown,GuinanCountyofQinghaiProvince 2012 35°47′22.4″ 101°17′42.7″ 3323 100
5 青海省贵南县黄沙头HuangshatouTown,GuinanCountyofQinghaiProvince 2012 35°32′12.7″ 101°05′41.4″ 3369 100
6 青海省同德县同德牧场TongdePasture,TongdeCountyofQinghaiProvince 2012 35°14′45.9″ 100°43′25.6″ 3302 100
7 青海省同德县宁秀乡NingxiuTown,TongdeCountyofQinghaiProvince 2012 35°16′19.4″ 100°51′01.8″ 3331 100
8 青海省刚察县泉吉乡QuanjiTown,GangchaCountyofQinghaiProvince 2012 37°12′27.8″ 99°49′08.8″ 3231 100
9 青海省刚察县潘保村PanbaoVilage,GangchaCountyofQinghaiProvince 2012 37°19′50.2″ 100°09′24.3″ 3338 100
10 青海省玉树州称多县上庄村ShangzhuangVilage,ChenduoCountyofQinghaiProvince2012 33°21′32.9″ 97°08′28.8″ 3924 100
11 青海省玉树州称多县通天河沿岸BankofTongtianRiver,ChenduoCountyofQinghai
Province
2012 33°19′06.5″ 97°00′09.3″ 3607 100
12 西藏阿里地区噶尔县狮泉河镇ShiquanheTown,GaerCountyofTibetProvince 2013 32°39′47.5″ 79°55′47.2″ 4682 0
13 西藏阿里地区扎达县ZhadaCountyofTibetProvince 2013 31°31′43.3″ 79°58′42.8″ 4584 0
14 西藏阿里地区噶尔县门土乡 MentuTown,GaerCountyofTibetProvince 2013 31°10′57.7″ 80°47′22.1″ 4495 0
15 西藏阿里地区普兰县PulanCountyofTibetProvince 2013 30°42′57.1″ 81°21′39.4″ 4639 0
16 西藏日喀则地区仲巴县ZhongbaCountyofTibetProvince 2013 30°14′54.5″ 82°58′31.7″ 4651 0
17 西藏阿里地区措勤县CuoqinCountyofTibetProvince 2013 31°03′06.8″ 85°05′42.2″ 4794 0
18 西藏阿里地区尼玛县NimaCountyofTibetProvince 2013 32°00′05.7″ 86°50′54.5″ 4538 0
19 西藏那曲地区班戈县BangeCountyofTibetProvince 2013 31°36′58.4″ 89°32′14.1″ 4636 0
20 西藏那曲地区那曲县NaquCountyofTibetProvince 2014 30°50′52.1″ 90°37′15.6″ 4690 0
21 四川省红原县HongyuanCountyofSichuanProvince 2013 32°47′56.4″ 102°32′42.1″ 3400 0
22 甘肃省甘南州夏河县XiaheCountyofGansuProvince 2013 33°22′20.7″ 97°00′57.1″ 3690 0
发育树的序列比对后长度为522bp,其中包含156
图1 紫花针茅内生真菌菌丝、犘犇犃菌落形态、
分生孢子梗和分生孢子结构
 犉犻犵.1 犘犺狅狋狅犵狉犪狆犺狊狅犳犺狔狆犺犪犲,犮狅犾狅狀狔犪狀犱犮狅狀犻犱犻犪犾犿狅狉狆犺狅犾狅犵狔
犻狊狅犾犪狋犲犱犲狀犱狅狆犺狔狋犲狊犳狉狅犿犛.狆狌狉狆狌狉犲犪
   A:种皮内内生菌丝形态;B~C:菌落正反面形态;D~E:分生孢子和分
生孢子梗形态;菌落大小标尺长度为10mm,分生孢子和分生孢子梗大小
标尺长度为20μm。A:Fungalhyphaewithinseedcoat;B-C:Morphol
ogyofupperandreverseofcolony;D-E:Sizeandmorphologiesofconid
ial;Scalebarforcolonypicturesis10mm,andforconidiapictures,20μm.
个保守位点、297个变异位点和192个简约位点;构
建狋犲犳犃系统发育树的序列比对后长度为495bp,包
含166个保守位点、325个变异位点和166个简约
位点;构建犪犮狋犌 系统发育树的序列比对后长度为
512bp,包含292个保守位点、335个变异位点和
204个简约位点。
狋狌犫犅序列构建的系统发育树显示,紫花针茅分
离的8个菌株与犈狆犻犮犺犾狅ё犵犪狀狊狌犲狀狊犻狊和犈.犮犺犻狊狅狊犪
非常接近(图2a)。其中,stpu2、stpu19、stpu27和
stpu41与分离于北美洲的竖针茅(犃犮犺狀犪狋犺犲狉狌犿
犲犿犻狀犲狀狊)体内无性态内生真菌 犈.犮犺犻狊狅狊犪 聚到
一起,自展值分别高达100%和84%,形成两个明
显亚枝;而stpu25、stpu49、stpu51和stpu54与分
离于我国醉马草(犃犮犺狀犪狋犺犲狉狌犿犻狀犲犫狉犻犪狀狊)内生真菌
53第25卷第3期 草业学报2016年
图2 紫花针茅狊狋狆狌内生真菌系统进化最大简约树
犉犻犵.2 犘犺狔犾狅犵犲狀犲狋犻犮狋狉犲犲狊狅犳犈狆犻犮犺犾狅ё狊狆.犫犪狊犲犱狅狀犿犪狓犻犿狌犿狆犪狉狊犻犿狅狀狔(犕犘)犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狊犲狇狌犲狀犮犲狊犳狉狅犿犻狀狋狉狅狀狆狅狉狋犻狅狀狊
 (a)狋狌犫犅:树长522eachof522steps,一致性指数Consistencyindex(CI)=0.7605;保留指数Retentionindex(RI)=0.8957;复定一致性指数
Rescaledconsistencyindex(RC)=0.6812;(b)狋犲犳犃:树长=495eachof495steps,CI=0.820,RI=0.926,RC=0.759;(c)犪犮狋犌:树长=512eachof
512steps,CI=0.883,RI=0.935,RC=0.825。将犆犾犪狏犻犮犲狆狊狆狌狉狆狌狉犲犪(AF276506、AF276508和AF276509)作为外群;进化树上只显示自展值大于
50%的节点值。The犆犾犪狏犻犮犲狆狊狆狌狉狆狌狉犲犪(AF276506,AF276508,AF276509)wasdesignatedastheoutgroupforrootingtrees.Numbersassociated
withbrancheswerebootstrapsupportpercentages(≥50%)assessedwith1000replications.
63 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.3
续图2 紫花针茅狊狋狆狌内生真菌系统进化最大简约树
犆狅狀狋犻狀狌犲犱犉犻犵.2 犘犺狔犾狅犵犲狀犲狋犻犮狋狉犲犲狊狅犳犈狆犻犮犺犾狅ё狊狆.犫犪狊犲犱狅狀犿犪狓犻犿狌犿狆犪狉狊犻犿狅狀狔
(犕犘)犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狊犲狇狌犲狀犮犲狊犳狉狅犿犻狀狋狉狅狀狆狅狉狋犻狅狀狊
73第25卷第3期 草业学报2016年
续图2 紫花针茅狊狋狆狌内生真菌系统进化最大简约树
犆狅狀狋犻狀狌犲犱犉犻犵.2 犘犺狔犾狅犵犲狀犲狋犻犮狋狉犲犲狊狅犳犈狆犻犮犺犾狅ё狊狆.犫犪狊犲犱狅狀犿犪狓犻犿狌犿狆犪狉狊犻犿狅狀狔
(犕犘)犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狊犲狇狌犲狀犮犲狊犳狉狅犿犻狀狋狉狅狀狆狅狉狋犻狅狀狊
83 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.3
犈.犻狀犲犫狉犻犪狀狊聚到一起,同时还与北美洲的毛边臭草(犕犲犾犻犮犪犮犻犾犻犪狋犪)感染的犈.犵狌犲狉犻狀犻犻、内蒙古羽茅(犃犮犺
狀犪狋犺犲狉狌犿狊犻犫犻狉犻犮狌犿)感染的犈.狊犻犫犻狉犻犮狌犿和醉马草(犃.犻狀犲犫狉犻犪狀狊)感染的犈.犵犪狀狊狌犲狀狊犻狊共同形成一个分支,自
展值达到64%。
狋犲犳犃序列构建的系统发育树拓扑结构与狋狌犫犅 相似(图2b),其中,sp2、sp19与竖针茅感染的犈.犮犺犻狊狅狊犪、北
美洲的类雀麦(犅狉狅犿狌狊狉犪犿狅狊狌狊)和直立雀麦(犅狉狅犿狌狊犲狉犲犮狋狌狊)感染的犈.犫狉狅犿犻犮狅犾犪、硬直黑麦草(犔狅犾犻狌犿狉犻犵犻
犱狌犿)感染的犈.狅犮犮狌犾狋犪狀狊、短颖草(犅狉犪犮犺狔犲犾狔狋狉狌犿犲狉犲狋狌犿)感染的犈.犫狉犪犮犺狔犲犾狔狋狉犻聚到一支;而sp27、sp41与竖
针茅感染的犈.犮犺犻狊狅狊犪和草地早熟禾(犘狅犪狆狉犪狋犲狀狊犻狊)感染的犈.狋狔狆犺犻狀犪单独形成另外一个亚枝。其他4个菌
株与醉马草感染的犈.犵犪狀狊狌犲狀狊犻狊单独形成一支,自展值高达86%。
与狋狌犫犅和狋犲犳犃 系统发育树不同,紫花针茅犪犮狋犌拓扑结构只形成两个明显分支(图2c),其中stpu2、stpu19、
stpu27、stpu41与竖针茅感染的犈.犮犺犻狊狅狊犪形成单一分支,自展值高达91%;而其他4个菌株与醉马草感染的
犈.犵犪狀狊狌犲狀狊犻狊形成另外一个分支,自展值达到78%。
3 讨论
针茅族隶属禾本科早熟禾亚科,目前全球约有600种,主要分布在亚欧大陆、美洲和澳大利亚等地,成为温性
草原群落中的主要建群禾草之一[42]。近年来,随着学者们对禾草内生真菌共生体研究的日益关注,通过内生真
菌检测和分离技术,先后从北美洲的竖针茅和睡眠草(犃犮犺狀犪狋犺犲狉狌犿狉狅犫狌狊狋狌犿)中分别分离到犈狆犻犮犺犾狅ё犮犺犻狊狅狊犪和
犈.犳狌狀犽犻犻[4344],中国醉马草中分离到犈.犵犪狀狊狌犲狀狊犻狊和犈.犻狀犲犫狉犻犪狀狊[4546],中国内蒙古地区羽茅中分离到犈.
狊犻犲犵犲犾犻犻[4748],总共5种犈狆犻犮犺犾狅ё属内生真菌。这些内生真菌在菌落生长速度和分生孢子形态上均表现出差异。
例如,菌落生长速度以竖针茅分离的内生真菌最慢,而臭草(犕犲犾犻犮犪狉犪犮犲犿狅狊犪)和睡眠草内生真菌菌落生长速度
最快,羽茅、紫花针茅和醉马草菌落生长速度居中;睡眠草内生真菌的分生孢子最大,而羽茅内生真菌孢子较小;
睡眠草和羽茅内生真菌分生孢子梗最长,而醉马草内生真菌孢子梗最短[4345,49]。可见,不同类型内生真菌菌落生
长特性主要取决于不同内生真菌的基因型和营养条件差异[4950]。同时,由于睡眠草感染的内生真菌是犈.狋狔狆犺
犻狀犪和犈.犳犲狊狋狌犮犪犲杂交而来,基因组明显大于两个亲本,同时许多杂交形成的内生真菌在外部形态上也明显表现
出比亲本菌落生长较快、分生孢子和分生孢子梗较大较长等特点[41,44,51]。
Moon等[44]研究发现,北美洲竖针茅感染的内生真菌犈.犮犺犻狊狅狊犪是由北美洲犈.犪犿犪狉犻犾犾犪狀狊、亚欧大陆的
犈.犫狉狅犿犻犮狅犾犪和犈.狋狔狆犺犻狀犪3种有性态内生真菌杂交形成,而睡眠草感染的内生真菌犈.犳狌狀犽犻犻是由北美洲
犈.犲犾狔犿犻和犈.犳犲狊狋狌犮犪犲杂交形成。本研究中,紫花针茅所感染的内生真菌用狋狌犫犅和狋犲犳犃 两种管家基因扩增序
列与针茅族和其他犈狆犻犮犺犾狅ё属内生真菌序列构建系统发育树,发现sp2、sp19和sp27、sp41分别与竖针茅分离内
生真菌扩增所得不同拷贝基因序列形成明显两个分支,且与竖针茅杂交亲本犈.狋狔狆犺犻狀犪和犈.犫狉狅犿犻犮狅犾犪形成
较好的拓扑结构;而其他4个菌株所得序列与醉马草分离的犈.犵犪狀狊狌犲狀狊犻狊组成另外一个分支(图2b,c)。可见,
紫花针茅感染的内生真菌与宿主间未呈现严格特异性,表明紫花针茅可能成为不同内生真菌的宿主潜力较高。
这一现象在其他冷季型禾草分离不同类型内生真菌的研究结果中也得到证实,例如,Moon等[52]从南美洲刺猬草
(犈犮犺犻狀狅狆狅犵狅狀狅狏犪狋狌狊)体内分离出两种犈狆犻犮犺犾狅ё内生真菌,其中从新西兰和澳大利亚分离出无性态(犖犲狅狋狔
狆犺狅犱犻狌犿)内生真菌,而从澳大利亚分离的内生真菌是由犈.犳犲狊狋狌犮犪犲和犈.狋狔狆犺犻狀犪杂交而成的有性态内生真菌
(犈狆犻犮犺犾狅ё)。同时,中国西部分布的醉马草感染的内生真菌也存在差异,虽然两种内生真菌均是无性态内生真
菌,但在菌落、分生孢子形态和基因组组成等方面存在明显差异[4546];Zhang等[53]研究也发现内蒙古草地主要优
势禾草———羽茅同时感染犈.狊犻犫犻狉犻犮狌犿和犈.犵犪狀狊狌犲狀狊犲两种内生真菌。另外,同一种犈狆犻犮犺犾狅ё属内生真菌可能
感染不同寄主的观点也从侧面证实上述的观点。例如,Craven等[38]针对犈.狋狔狆犺犻狀犪内生真菌和宿主范围进行
分析,发现能从早熟禾亚科的黑麦草属(犔狅犾犻狌犿)、早熟禾属(犘狅犪)、梯牧草属(犘犺犾犲狌犿)、短柄草属(犅狉犪犮犺狔狆狅犱犻
狌犿)、黄花茅属(犃狀狋犺狅狓犪狀狋犺狌犿)、鸭茅属(犇犪犮狋狔犾犻狊)和偃麦草属(犈犾狔狋狉犻犵犻犪)的10余种植物中分离到这种内生真
菌;然而,相对于大多数有性态禾草内生真菌与宿主之间还是保持高度的特异性。主要原因可能:1)紫花针茅内
生真菌基因组保持较高的变异位点,可能导致紫花针茅内生真菌存在较高的基因多样性。根据Zhang等[53]研究
93第25卷第3期 草业学报2016年
结果,羽茅中分离的犈.犵犪狀狊狌犲狀狊犻狊较犈.狊犻犫犻狉犻犮狌犿具有更高的基因多样性,同时发现约13%内生真菌存在杂合
体,揭示不同羽茅内生真菌种群间可能存在杂交现象。本研究中紫花针茅在狋狌犫犅和狋犲犳犃 引物扩增时,出现3个
不同分支,由于未开展基因多样性等有关的研究,所以关于其是否杂交而来还有待进一步证实;2)内生真菌和宿
主进化时间可能存在差异,即在宿主分化之前,内生真菌已经完成分化,最终造成同一宿主可能感染不同内生真
菌[52],Hamasha等[54]研究表明青藏高原和约旦地区的紫花针茅个体基因组间存在较大差异,这与其他欧洲大陆
针茅族物种保持相对较低的基因个体差异不一致[55];同时,Bieniek和Pokorny[56]根据针茅属植物颖果和花粉化
石资料推算,针茅族地理起源的中心位于欧洲中部,并以欧洲中部为原点向周边大陆迁移,可以从侧面证实紫花
针茅能与北美地区的竖针茅感染同种类型的内生真菌。3)一般无性态内生真菌是由不同的有性态内生真菌杂交
形成而来[41,44,53,5758],根据Zhang等[53]对中国内蒙古地区羽茅感染内生真菌多样性分析,虽然羽茅中部分内生真
菌存在杂交的潜力,但基因漂流被严重阻碍,主要以无性态内生真菌存在。本研究紫花针茅扩增时条带单一,可
能与基因流严格抑制有关。
值得注意的是在构建犪犮狋犌系统发育树时,sp2、sp19、sp27和sp41与竖针茅单拷贝犪犮狋犌序列很好的组成一
枝,而且与犈.犫狉狅犿犻犮狅犾犪形成了较好的亲缘关系。而这与在狋犲犳犃和狋狌犫犅 中形成明显的两个分支形成差异(图
2),原因可能是引物扩增的位点出现分化,导致形成假阴性扩增,这一研究结果与 Moon[44]对针茅族和臭草族内
生真菌起源研究中得到的结论一致。
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