基于PTN系统分析不同种植地转基因水稻种子可培养内生真菌菌群的多样性

摘要

cqvip:【目的】比较不同种植地、不同品种来源的转基因(genetically modified,GM)水稻近等基因系种子内生真菌的丰富度和多样性,探讨变异发生的影响因素,为研究GM水稻种子内生真菌种群结构的非预期变异提供科学基础。【方法】收集转2mG2-epsps抗草甘膦水稻株系(transgenic line,T),及相应的对照样本亲本品种(parent variety,P)和非转基因组培再生株系(non-transgenic regeneration line from tissue culture,NR),建立亲本对照-转基因株系-非转基因对照(parent control-transgenic plant line-non-transgenic control,PTN)近等基因系。粳稻品种日本晴亲本(P1)及其相应的T16和NR25组成P1近等基因系(P1 near-isogenic line,P1L),粳稻品种PJ574亲本(P2)及其相应的T23和NR18组成P2近等基因系(P2 near-isogenic line,P2L)。在海南省(Hainan province,H)和浙江省富阳市(Fuyang,Zhejiang province,F)两地种植并收获水稻种子,采用组织培养法分离内生真菌,通过形态学和分子生物学相结合的方法对菌株分类鉴定。以分离率(isolation rate,IR)、分离频率(isolation frequency,IF)、丰富度指数Margalef(D)、多样性指数Shannon-Wiener(H')和均匀度指数Evenness(E)反映真菌的结构和分布,以Sorenson相似性系数(Cs)和Fisher精确检验(Fisher's exact test)结果描述水稻样本之间的内生真菌菌群组成差异。【结果】从海南省和浙江省富阳市两地的P1L和P2L近等基因系水稻种子样本中共分离121株内生真菌,鉴定为15个属,其中,Curvularia、Dendryphiella、Epicoccum、Fusarium为优势菌属,Fusarium为两地共有的优势菌属。F地水稻种子内生真菌总IR(4.61%)是H地样本(0.83%)的5.05倍。F地样本内生真菌类群的丰富度指数(2.29),Shannon-Wiener(H')多样性指数(1.63)和均匀度指数(0.66)均显著高于H地样本。H地种植的P1L和P2L种子内生真菌菌属组成的相似性系数(Cs)为0.615,F地种植时二者的Cs=0.737,均为中等相似,Fisher精确检验分析表明二者无显著性差异(P>0.05)。除HT16外的GM株系与相应亲本种子内生真菌类群的相似性系数为0.500—0.667,均为中等相似。但与相应亲本相比,GM水稻株系种子内生真菌的IF和菌属数存在显著性非预期变异,其中IF变异方向和幅度因种植地不同而波动。而且FT16增加2个菌属Phaeosphaeria和Nigrospora,HT23增加了1个菌属Letendraea helminthicola,FT23增加了Curvularia和Cladosporium 2个菌属,这些GM株系种子内生真菌菌属增多的变异来源于转基因插入突变,需要关注其安全性。而GM株系种子内生真菌种类减少的变异来源于组织培养无性系变异,较为安全。水稻种子真菌IF变异幅度及排序:P1和P2品种两地之间差异(30.58%)>P1和P2品种之间差异(27.28%)>NR株系变异(23.14%)>GM株系变异(22.32%)。种子内生真菌总属数变异幅度及排序:P1和P2品种两种植地之间差异(9)>P1和P2品种之间差异(8)=NR株系变异(8)=GM株系变异(8)。【结论】水稻种子内生真菌丰富多样,可培养内生真菌绝大多数为子囊菌。不同种植地域水稻种子内生真菌菌群组成存在差异,镰刀菌(Fusarium)为海南省和浙江省富阳市两地水稻种子的共有优势内生菌属。转基因技术和组织培养技术均显著影响水稻种子内生真菌类群的结构,但其非预期变异效应低于种植地域影响和品种差异,其中GM水稻种子内生真菌菌属种类增多的变异主要来源于转基因插入突变效应,需安全性评估。