豌豆根瘤菌共生质粒pJB5JI对费氏中华根瘤菌共生固氮作用的影响

通过两亲本接合转移,将豌豆根瘤菌T83K3共生质粒pJB5JI转入费氏中华根瘤菌HN01及其质粒缺失突变株中,获得8个转移接合子,其中受体为HN01和pSfrHN01a缺失突变株HND28的接合子能够在大豆上形成有效根瘤,无论是人工传代还是与植物共生,外源质粒pJB5JI与受体菌内源质粒均能稳定存在,但不能在豌豆上结瘤,与大豆共生固氮能力和竞争结瘤能力与受体菌亲本相比没有明显变化.消除共生质粒的突变株HND29和共生质粒与pSfrHN01a质粒均消除的突变株HND100作受体菌的接合子,既不能在大豆上结瘤,也不能在豌豆上结瘤.研究结果表明,pJB5JI与HN01的3个质粒属于不同的不相容群.pJB5JI在HN01中的表达功能可能受到受体菌的共生质粒和染色体基因的共同影响.     

我国根瘤菌共生固氮遗传学研究动态

本文就我国根瘤菌固氮的遗传学研究动态做一综述，内容包括根瘤菌共生固氮的遗传基础研究，如根瘤菌结瘤基因和固氮基因的定位，外源质粒与根瘤菌共生质粒的相互作用与遗传重组等，根瘤菌与豆科植物的相访识别与作用；以及我国根瘤菌遗传学研究展望。     

ACC脱氨酶对大豆快生根瘤菌及苜蓿中华根瘤菌共生固氮与竞争结瘤的影响

利用大肠杆菌S17-1与根瘤菌进行两亲本接合转移,将苜蓿中华根瘤菌Sm1021中的ACC脱氨酶基因导入大豆快生根瘤菌HH103,在苜蓿中华根瘤菌Sm1021中过表达ACC脱氨酶基因,探讨ACC脱氨酶对根瘤菌共生固氮及竞争结瘤的影响。结果显示:接种过表达ACC脱氨酶的重组根瘤菌Sm1021,宿主植物地上部分鲜质量与结瘤数量有所增加;接种外源导入ACC脱氨酶的重组根瘤菌HH103,能够增加结瘤数,提高植物地上部分干质量且竞争结瘤能力增强。但是,接种2种重组根瘤菌后,宿主植物的根瘤鲜质量和根瘤固氮酶酶活性无明显变化。     

费氏中华根瘤菌共生质粒缺失对结瘤和固氮能力的影响

费氏中华根瘤菌（Sinorhizobium fredii)HN01在大豆上的结瘤表现为非品种专一性，其共生质粒pSymHN01b在诱动转入另一非品种专一性结瘤菌株WWG18SR后，获得的转移接合子WWG18SRN1中的pSymHN01b缺失约40b。盆栽结瘤试验证明，pSymHN01b的缺失导致WWG18SRN1由非品种结瘤菌株转变为大豆品种专一性结瘤菌株，并失去了在所有供试的大豆品种上固氮的能力。在获得了完整的pSymHN01b的转移接合子WWG18SRN2存在时，WWG18SRN1在黑农33上的结瘤受到抑制。     

MCHK＿7135基因在华癸中慢生根瘤菌共生固氮中的功能

为研究MCHK＿7135基因在根瘤菌与宿主植物共生固氮中的功能,用同源重组的方法构建了MCHK＿7135基因的突变体及回补菌株,对突变菌株和回补菌株在人工培养条件以及与宿主植物紫云英共生下的各项表型进行了考察,结果显示：与野生型菌株相比,突变菌株对氧胁迫的敏感性增强;接种突变株的紫云英长势矮小,侵染线及根瘤原基数目减少,根瘤数量少,固氮酶活性低,而向突变菌株导入完整MCHK＿7135基因后,各项共生表型得到不同程度恢复。研究结果表明,华癸中慢生根瘤菌的过氧化物还原酶基因MCHK＿7135基因在根瘤菌与宿主植物共生固氮的过程中具有重要功能。     

华癸中慢生根瘤菌7653R MCHK_8182基因的共生固氮功能

根据华癸中慢生根瘤菌7653R全局转录组分析结果,获得在共生固氮阶段显著上调表达的基因MCHK_8182;设计重叠延伸PCR引物,构建MCHK_8182双交换突变重组质粒载体;通过三亲本杂交,将突变载体导入7653R;在蔗糖压力培养下进行筛选,最终获得MCHK_8182双交换突变株。PCR及测序验证双交换突变株构建成功。植物盆栽试验结果显示,与7653R野生型接种的植株相比,MCHK_8182突变菌株接种的植株根瘤数减少,但固氮酶活未见明显差异。     

用Tn5标记带发光酶基因的华癸根瘤菌(Mesorhizobium huakuii) 7653 R质粒

在pRK2073的辅助作用下,通过三亲本接合转移,将Tn5(sac B-luxAB)插入华癸根瘤菌7653R菌株基因组中.将3200个Tn5 标记菌株影印到含有8%蔗糖的YMA平板,检测这些菌株的发光酶活性和新霉素抗性.共获得8个菌株,其选择标记消失.质粒检测发现其共生质粒有不同程度的缺失甚至消除.结瘤实验证明,所有共生质粒部分缺失(有的缺失达1/3)的菌株依然结瘤.经用luxAB探针的分子杂交证实,8个菌株中有3个对应的标记菌株其Tn5插在共生质粒上.     

华癸中慢生根瘤菌7653R SraG sRNA的共生固氮功能

基于前期对华癸中慢生根瘤菌(Mesorhizobium huakuii)7653RsRNA(small non-coding RNA,sRNA)的生物信息学预测,经Northern blot验证获得SraGsRNA。本研究采用RACE与转录组高通量深度测序确定了SraG全长,并分别利用RNAfold软件和TargetRNA软件预测了SraG二级结构和靶位点,进而构建了M.huakuii 7653R的SraG插入失活突变体(M.huakuii SraGmut),并对突变体接种紫云英的共生表型进行了检测。盆栽试验结果表明,与野生型菌株M.huakuii 7653R相比,接种突变株M.huakuii SraGmut的固氮能力显著下降,突变株固氮酶活性下降约40%,植株鲜质量和根瘤数目也显著降低。结果表明,SraG的功能与M.huakuii 7653R的共生固氮过程相关,作为sRNA可能参与根瘤菌的共生固氮调控过程。     

紫云英根瘤菌不同菌株间结瘤竞争能力的比较

通过竞争结瘤试验研究紫云英根瘤菌不同菌株间的竞争结瘤能力,以紫云英宁波大桥品系为宿主植物,7株分离自不同生境紫云英根部瘤体内的菌株与中慢生华癸根瘤菌7653R为研究对象,采用单独接种、与7653R菌株1∶1混合接种方式,在30 d时采样,统计根瘤数量、根瘤质量、不同菌株的占瘤率、定殖能力等。结果发现,紫云英根瘤菌2号菌株的竞争能力与7653R相当,其他菌株的竞争性都不同程度地弱于7653R,尤其是1号菌株的定殖能力最弱,仅是7653R占瘤率的9%。在同时含有2种根瘤菌的瘤体内,7653R和竞争菌株的数量比例相近。不同生境根瘤菌的竞争结瘤能力存在差异,试验同时获得了1株与经典菌株7653R竞争能力相当的紫云英根瘤菌菌株。     

紫云英根瘤菌分子遗传学研究进展

总结了紫云英根瘤菌分子遗传学研究进展。这类根瘤菌的寄主范围较窄，早先根据互接种族概念将其定名为Rhizobium astragali。后来定名为Rhizobium huakuii。最近并入Mesorhizobium属，对大量菌株进行的16S和23SrDNAPCR-RFLP分析和代表菌株的部分16SrDNA碱基测序，揭示了7个不同基因型，表明这类菌具有遗传多样性。可以认为存在不同的种，它们都有质粒，数量1-5个，因菌株而异，可分为不同质粒型。共生基因常定位在最大的一个质粒上，即共生质粒，它们的结瘤基因具有独特结构。采用包括nodA,nodB。noC,nodD的苜蓿根瘤菌突变株进行基因互补，从紫云英根瘤蓖基因文库中获得了相应的转移接合子，这类结瘤基因的这种结构在7个基因型的菌株中都是一致的，说明结瘤基因的保守性。     

外源共生质粒pJB5JI导入紫云英根瘤菌（Rhizobium huakuii）中的稳定性

将碗豆根瘤菌共生质粒ｐＪＢ５ＪＩ导入紫云英根瘤菌７６５３Ｒ及其消除了共生质粒的突变株７６５３Ｒ＋１。两种类型转移接合子在人工合成培养基上繁殖时，ｐＪＢ５ＪＩ能稳定存在，但从它们在碗豆或紫云英上所结根瘤的分离物中，只有部分检测到ｐＪＢ５ＪＩ。以转座子Ｔｎ５及首蓿根瘤菌ｎｏｄ基因为探针，对未检测到ｐＪＢ５ＪＩ质粒的根瘤分离物７６５３ＲＡ９及７６５３Ｒ＋１Ｐａ，进行ＤＮＡ同源性分析，结果表明ｐＪＢ５ＪＩ质粒并没有全部丢失，很可能全部或部分整合到了受体紫云英根瘤菌的染色体中。     

紫云英根瘤菌7653R基因文库的5个互补结瘤菌株的重组质粒分析

对紫云英根瘤菌７６５３Ｒ基因文库的５个重组质粒，即ｐＮＲ１０２，ｐＮＲ１０３，ｐＮＲ１０８、ｐＮＲ２０３，ｐＮＲ２１３进行各种内切酶的酶切分析。结果证实它们均含有１．７ｋｂ的ＥｃｏＲⅠ－ＢｇｌⅡ双酶切片段和１．９ｋｂ的ＥｃｏＲⅠ－ＳａｃⅠ双酶切片段，而ｐＮＲ２１３的外源片段最大，包含有其余质粒所具有的各种片段。以ｐＮＲ１０８的外源片段作探针，进行ＤＩＧ杂交，发现探针与其余４个重组质粒的外源片段有强     

R－prime质粒pMN53在不同根瘤菌中的稳定性

ｐＭＮ５３是以ｐＭＮ２为载体克隆有菜豆根瘤菌（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍｌｅｇｕｍｉｌｏｓａｒｕｍｂｖ．ｐｈａｓｅｏｌｉ）共生基因的Ｒ－ｐｒｉｍｅ质粒，将ｐＭＮ５３接合转移到快生型大豆根瘤菌（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍｆｒｅｄｉｉ）Ｂ５２，慢生型大豆根瘤菌（Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍｊａｐｏｎｉｃｕｍ）２２１０以及紫云英根瘤菌（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍｈｕａｋｕｉｉ）７６５３Ｒ后，分别考察了ｐＭＮ５３在３种转移接合子中的稳定性。结果表明由ｐＭＮ５３携带的卡那霉素抗性（Ｋｍｒ）在３种供试菌株中都能稳定传代，但电泳分析都只能检测到载体质粒ｐＭＮ２，载体上所携带的外源基因脱落。用Ｔｎ５为探针进行的斑点杂交，结果证明转移接合子２２１０Ｐ仍带有转座子Ｔｎ５。     

用Tn5标记带发光酶基因的华癸根瘤菌(Mesorhizobium huakui)7653R质粒

在ｐＲＫ２０７３的辅助作用下,通过三亲本接合转移,将Ｔｎ５（ｓａｃＢ－ｌｕｘＡＢ）插入华癸根瘤菌７６５３Ｒ菌株基因组中。将３２００个Ｔｎ５标记菌株影印到含有８％蔗糖的ＹＭＡ平板,检测这些菌株的发光酶活性和新霉素抗性。共获得８个菌株,其选择标记消失。质粒检测发现其共生质粒有不同程度的缺失甚至消除。结瘤实验证明,所有共生质粒部分缺失（有的缺失达１／３）的菌株依然结瘤。经用ｌｕｘＡＢ探针的分子杂交证实,８个菌株中有３个对应的标记菌株其Ｔｎ５插在共生质粒上。     

华癸中生根瘤菌共生基因exo56的克隆和功能初步分析

利用Tn5-sacB转座子随机插入突变的方法,从Mesorhizobium huakuii 7653R的400个突变株中筛选获得1个共生缺失突变株HK56.使用热不对称交错PCR(TAIL-PCR)的方法从M.huakuii 7653R中克隆了exo56序列.exo56全长969 bp,编码322个氨基酸,其编码产物Exo56与糖基转移酶2个家族的成员有很高的相似性,糖基转移酶为胞外多糖合成所必需.盆栽结果表明,ezc56基因突变株只能形成少量的不固氮根瘤.     

石灰性紫色土上铁对花生-根瘤菌共生固氮的影响

试验研究了石灰性紫色土上花生施铁及不同铁浓度对花生根瘤菌共生固氮作用的影响。结果表明：石灰性紫色土上施１．５ｍｇ／２．５ｋｇ土铁能促进快生型花生根瘤菌株８５－７的侵染结瘤与固氮特性和花生生长发育，而ＨＮ１１基因工程菌株在不施铁时也与“天府３号”花生有良好的共生固氮作用。铁对花生根瘤菌共生固氮的影响存在着菌种间差异；铁与花生叶绿素含量有密切关系，叶绿素含量与植株干重、全氮及固氮酶活性之间有显著的相关性；在石灰性紫色土上施铁或接种高效根瘤菌剂能提高花生产量，并能增强根瘤菌株的竞争性。     

外源质粒对根瘤菌共生性的影响

研究了接受外源质粒ｐＪＰ４的根瘤菌对豆科植物的共生性、固氮能力和根瘤结构的影响,以及质粒ｐＪＰ４引入根瘤菌后的表达。结果表明,接受了外源质粒ｐＪＰ４的根瘤菌保持了根瘤菌的共生性状、乙炔、还原酶活性,所形成的根瘤结构与亲本株没有明显差别;质粒ｐＪＰ４引入根瘤菌后,２．４－Ｄ的降解功能未得到表达。