西瓜枯萎病是影响西瓜生产的严重病害之一,其危害西瓜生长,可造成大幅减产甚至绝收。西瓜枯萎病病原菌为尖孢镰刀菌西瓜专化型(Fusarium oxysporum f.sp.niveum,FON),其致病机理研究早有报道。南京农业大学国家有机类肥料工程技术研究中心筛选及保存的根际有益细菌——多粘芽孢杆菌SQR-21(Paenibacillus polymyxa SQR-21,SQR-21)具有促进西瓜生长、拮抗FON的作用。然而,FON和SQR-21与西瓜互作后根内蛋白表达与根系分泌物的情况却知之甚少,研究这三者之间的关系,有助于在细胞水平上探讨西瓜发病和抗病的原因。本试验借助蛋白质组学(Proteomics)技术,研究了FON和SQR-21刺激西瓜根系后其蛋白与根系分泌物的变化情况,获得了以下主要结果:1、水培条件是西瓜培养与分泌物收集的合适方法,与砂培和琼脂基质培养相比,水培条件下西瓜苗生长旺盛,且无绿苔影响,为较适合的培养方式。接种SQR-21 4天是拮抗菌有效发挥拮抗促生作用的最佳研究时间。与对照相比,接菌15天的处理西瓜叶片数量、主蔓长以及株重分别增加了 16.7%,23.4%,43.4%,表明水培条件下SQR-21同样能促进西瓜生长;而4天的接菌处理西瓜生物量与对照虽然没有显著差异,但已表现出一定的增加趋势,适于研究SQR-21对西瓜根系的影响。2、接种SQR-21后西瓜根系分泌的蛋白多样性提高。采用液质联用仪检测到12种差异蛋白:对照有3种,包括2种核糖体蛋白和1种酰基载体蛋白;处理组有9种,包括质体内在蛋白、ATP合成酶亚基、微管蛋白、热休克蛋白、原叶绿素酸酯还原酶等,主要参与细胞骨架构建与重组、提供生命能量、物质运输、信号传导、新陈代谢等。3、西瓜根系与FON和SQR-21互作所产生的高沸点不易挥发类有机物不同,各样品中酯类和苯-酯类有机物占很大比例。对照CK中苯-酯类物质含量最高,为21.5%,其次为酯类物质,为20.4%;接种SQR-21的处理(SQR)中酚类物质含量最高,为27.5%,其次是苯-酯类、酯类,含量分别为20.5%、16.3%;而接种FON(FON)与同时接种SQR-21和FON(F21)的处理物质含量类似,含量最多的是酯类,含量分别达到了66.2%和58.9%,其次为苯-酯类,分别为16.6%、20.6%。4、不同处理的根系蛋白表达量存在差异。双向凝胶电泳结果表明,不同处理下等电点在4-7的根系蛋白表达不同。对各处理进行两两比较共发现差异蛋白点41个,其中与对照相比,处理SQR、FON、F21分别有7、17、14个蛋白点表达量发生上调或下调;而各接菌处理之间也有数量不等的蛋白点存在差异。非标记定量蛋白质质谱分析结果发现,CK、SQR、FON、F21中可信蛋白分别为472、532、511、491种;与CK相比,SQR、FON、F21分别有39、26、44种蛋白表达量上调或下调;另外,与CK相比,SQR新增50种蛋白,缺失13种,FON新增33种,缺失14种,F21新增36种,缺失31种。5、不同处理中差异蛋白的功能呈现不同趋势.根系差异蛋白的基因本体(GO)注释分析中,生物学过程方面,代谢过程的蛋白较多,表达上调与新增组别为49%,表达下调与缺失组别为63%;分子功能方面,含量最多的为发挥催化活性的蛋白,其中上调与新增组别为52%,少于下调与缺失组别66%的比例,其次为结合作用的蛋白,两者含量分别为37%、21%。蛋白相邻类的聚簇(COG)注释分析表明,各接菌处理较对照新增的蛋白中代谢功能、细胞过程与信号功能的蛋白较多;缺失的蛋白以CK-F21组较多,且多数蛋白功能以细胞过程与信号功能为主;表达下调的蛋白大部分与代谢相关;表达上调的蛋白因各比较组别有一定区别。6、根系蛋白的聚类结果与分泌物中有机物质聚类不同。分泌物中高沸点不易挥发的小分子有机物质在接种了 FON的处理(FON、F21)中的组分与含量相似,未接种FON的处理(CK、SQR)物质组分相似;而西瓜根系蛋白的表达上CK与FON聚在一起,SQR与F21聚在一起,即未接种SQR-21的处理相似,而接种SQR-21的处理相似。综上所述,SQR-21与FON对西瓜根系分泌物与根系蛋白都有很大影响,但根系内蛋白的变化与分泌物中的有机物变化有着明显不同,病原菌FON对植物根系与微生物互作所分泌的有机组分的影响较大,而SQR-21则更加显著地影响了根系内的蛋白。结合SQR-21本身为拮抗促生的细菌,推测其定殖在西瓜根系与根系形成互利共生的良好模式,通过刺激根系蛋白活性来调节其生长与抵抗病害能力。