百脉根结瘤信号通道蛋白NSP1和NSP2的相互作用

豆科植物百脉根是研究共生固氮体系的模式植物之一,对其根瘤菌共生信号转导途径和作用机制的研究,有助于揭示根瘤菌与豆科植物共生关系建立和共生体形成的奥秘.本研究利用酵母双杂交系统和体外蛋白质相互作用技术,证明百脉根GARS类家族转录因子结瘤信号通道蛋白NSPI和NSP2在体外体内均可以相互作用,并将相互作用的位点定位在NSPl的GRAS结构域的LHRⅡ区域和NSP2的LHRI区内.     

豆科植物结瘤固氮及其分子调控机制的研究进展

作为人类重要的蛋白质和脂肪来源,以花生、大豆为代表的豆科植物是世界范围内农业生态系统的重要组成部分,而氮肥的合理施用是保证其稳产增产的主要因素。豆科植物能够通过与根瘤菌形成共生关系结瘤固氮,从而可以减少氮肥使用量。豆科植物的结瘤过程受到信号传递系统的调控。其中,硝酸盐信号作为信号分子来调控包括豆科植物结瘤自主调控和氮代谢途径在内的关键基因表达。研究发现许多基因参与豆科植物结瘤固氮调控,例如NIN、HAR1、NORK、NSP2等。豆科植物结瘤固氮的研究加深了人们对共生固氮的理解,为非豆科植物固氮改造奠定了基础,并为减少作物对氮肥的依赖和实现农业生产的可持续发展提供了新思路。调节豆科植物的结瘤平衡,充分利用豆科植物的固氮作用,探索最佳施氮量,有利于实现作物生产效益的最大化。本文根据国内外的相关研究,从以下四个方面进行综述：(1)豆科植物结瘤的分子调控机制;(2)豆科植物固氮的分子调控机制;(3)硝酸盐对豆科植物结瘤固氮的调控;(4)豆科植物固氮在生产中的应用。并对今后豆科植物结瘤固氮的研究趋势进行了展望。     

百脉根小GTPase激活蛋白的鉴定及突变体分离

以豆科植物百脉根为材料,利用蛋白质相互作用技术、基因表达分析和突变体表型观察研究了小GTPase激活蛋白RacGAP1和RacGAP3在侧根及根瘤发育中的功能。结果表明:百脉根小GTPase激活蛋白RacGAP1和RacGAP3能与ROP6~(CA)相互作用,RacGAP1和RacGAP3基因主要在根微管组织中表达,在接种根瘤菌后呈下调表达趋势。RacGAP1在侧根及根瘤原基中无表达;RacGAP3则能在侧根及根瘤基部表达。RacGAP1和RacGAP3的LORE1插入突变体表型观察显示,纯合突变体与Gifu野生型共生表型无明显差异,但RacGAP1突变体植株开花后,花朵枯萎掉落不结荚,而杂合体与野生型无差异,表明RacGAP1可能参与调控花粉发育过程,而RacGAP3在早期共生过程中可能起负调控作用。     

CRISPR/Cas9在豆科植物毛根转化中的应用及共生基因的编辑

将CRISPR/Cas9系统与毛根转化相结合,在豆科植物百脉根和大豆中对结瘤因子受体激酶基因NFR1进行多靶点敲除,旨在快速、便捷获得目的基因突变体。结果表明:在百脉根和大豆中均获得了目的基因敲除的突变体;其中,百脉根LjNFR1基因中靶位点1处的敲除效率为58.3%,在靶位点2处的敲除效率为0;大豆GmNFR1靶位点1处的敲除效率为33.3%,靶位点2处的敲除效率为41.7%。进一步测序分析发现,CRISPR/Cas9系统可同时敲除大豆基因组上编码NFR1的2个同源基因(GmNFR1和GmNFR1b),为研究植物体内基因的功能冗余提供了技术支持。同时,CRISPR/Cas9系统在毛根转化中的运用进一步地缩短了获得突变体的周期。     

利用EMS筛选豆科模式植物百脉根的根瘤突变体及突变部位

豆科植物百脉根是研究共生固氮体系的模式植物之一,被根瘤菌感染后形成根瘤,根瘤菌固定氮素变换成铵态氮,植物利用铵态氮进行营养生长,而根瘤菌利用植物供给的碳酸同化产物为能源。为获得根瘤的成熟、维持的基因,本研究利用化学诱变试剂EMS处理百脉根MG-20得到多种突变体,筛选根瘤成熟、维持有异常的突变植株,利用SSR标记和dCAPS标记进行基因定位。结果表明:约10万M2百脉根植株中获得nup85突变体2株,nup133突变体4株,pollux突变体6株,ccamk、symrk、castor、nin、nfr1、nfr5突变体各1株等不结瘤突变体(Nod~-)18株;结无效根瘤突变体(Fix~-)6株并确定了突变体的突变部位。     

百脉根AD-cDNA文库的构建及与结瘤因子受体NFR1相互作用蛋白的鉴定

以豆科植物百脉根为材料,构建了AD-cDNA表达文库。其库容量达到每3μg DNA 2×106酵母转化子,空载率为12.5%,平均片段长度为1.5 kb。以百脉根结瘤因子受体激酶基因1(nod factor receptor kinase,NFR1)蛋白激酶结构域的DNA片段(NFR1-PK)为诱饵,利用酵母双杂技术,筛选与NFR1相互作用的基因。结果在含X-gal的四缺选择性培养基上筛选到120个克隆。经质粒抽取、PCR鉴定、回转酵母验证得到80个阳性克隆。对26个确定阳性克隆的外源片段进行测序和同源性分析,通过NCBI数据库比对分析鉴定含有JAB1、AT-RICH结构域等4个与NFR1-PK相互作用的不同基因。通过半定量RT-PCR观察在百脉根中这些基因的表达情况,其结果可为进一步研究NFR1基因的功能和调控机制提供材料。     

Bar基因转化豆科牧草百脉根的研究

以豆科植物百脉根子叶为转化受体,通过根癌农杆菌介导方法将外源目的基因Bar基因和Gus基因导入,经筛选分化、再生,得到具有Basta抗性的转基因植株。在Basta浓度的选择中,2mg/L是百脉根较为适宜的筛选浓度。试管苗叶片筛选剔除假转体和嵌合体植株,转基因植物移栽大田后生长良好。PCR检测证明外源目的基因已整合到百脉根基因组中。     

超慢型大豆根瘤菌的分离和初步鉴定

1982年从辽宁省铁岭地区的风沙干旱盐碱地区的野生大豆(Glycine soja) 根瘤中分离得到一个大豆根瘤菌的新类群——超慢型大豆根瘤菌。此类群与快生型和慢生型大豆根瘤菌一样,在栽培大豆上结瘤良好,并能固氮。但不在草木樨、豌豆、紫云英、百脉根等豆科植物上结瘤,可在绿豆上结瘤并能测出固氮酶活性。生理生化特性上有许多特性与另外两群有较大差异,已进行的初步鉴定表明,主要表现在:(1)菌落如针尖大小,直径≤1mm:(2)在根瘤菌标准培养基上产碱能力强。据对超慢型12个菌株液体培养,生长5天pH达7.72～8.09,而所测定的慢生型大     

百脉根根瘤内根瘤菌与假单胞菌的多样性分析

为了探索百脉根根瘤内生菌多样性,揭示百脉根根瘤内根瘤菌与假单胞菌的多样性及其互作关系并寻找能结瘤的根瘤菌,本研究采用免培养和可培养相结合的方法对百脉根根瘤内生菌的多样性进行分析,采用平板对峙法对根瘤菌与假单胞菌的互作关系进行初步研究.结果表明:免培养法从百脉根根瘤内检测到内生菌分属于17门31纲69目103科140属,...     

微生物与植物共生结瘤固氮的分子遗传学研究进展

以根瘤菌 -豆科植物共生体系为主要代表 ,综述了近年来在结瘤固氮分子遗传学研究领域所取得的进展 ,特别是共生双方与结瘤、固氮有关的基因的定位、表达与调控