巴西固氮螺菌Yu62 glnB基因和glnZ基因的克隆和序列分析

ｇｌｎＢ基因编码的ＰⅠⅠ蛋白在巴西固氮螺菌的固氮过程中起着非常重要的调控作用,而ｇｌｎＺ是与ｇｌｎＢ高度同源的基因,其产物ＰＺ可能也在固氮调控中起作用。本研究用ＰＣＲ法克隆了巴西固氮螺菌Ｙｕ６２ ｇｌｎＢ基因和ｇｌｎＺ基因。ＤＮＡ序列分析表明ｇｌｎＢ和ｇｌｎＺ这２个基因的编码区的长度都为３３６ｂｐ,编码１１２个氨基酸。将巴西固氮螺菌Ｙｕ６２菌株与标准菌株Ｓｐ７的ｇｌｎＢ基因和ｇｌｎＺ基因分别进行比     

固氮基因nifHDK启动子的功能在大肠杆菌中的验证

近年来,在对肺炎克氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)nifA产物研究的基础上已建立了固氮基因调控的模型。固氮基因(nif)的表达受氮调节系统ntr和nifAL操纵子的两个系统的调控。本实验将固氮基因nifHDK启动子、aphA-6基因和rbcL3’构建aphA-6基因表达盒,克隆到pSK.KmR载体,将其转入到大肠杆菌中验证nifHDK启动子的表达活性。结果表明,只有在转入外源nifA基因时,nifHDK启动子才具有转录活性,aphA-6基因才能表达。验证了NifA蛋白和σ54因子是固氮基因的正向调节蛋白,为下一步固氮生物工程研究提供了理论基础。     

基于转录组学和代谢组学解析氮调控花生结瘤固氮的机理

花生是一种重要的豆科作物，能与根瘤菌共生固氮，但该过程受到土壤中氮素的严格调控，施氮量过高时会形成“氮阻遏”效应。目前关于氮素调控花生结瘤固氮机理的研究较少。本研究以花育22号为试验材料，设置90 kg/hm²氮处理和对照(不施氮),统计根瘤数、测定固氮酶活性并进行转录组学、代谢组学及双组学联合分析。结果表明，施氮处理显著减少根瘤数，降低根瘤固氮酶活性。经转录组分析，共鉴定出3 123个差异表达基因，富集在生物过程、细胞组成和分子功能三大类；从中筛选出13个与氮调控花生结瘤固氮有关的基因，分别编码生长素应答蛋白和响应因子、鸟氨酸脱羧酶、天冬酰胺合成酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合酶、苹果酸脱氢酶、苹果酸酶等。经液相色谱串联质谱法分析，共鉴定到201种差异代谢物，包括酚酸、黄酮、氨基酸等共12大类物质，其中黄酮类代谢物占比最高，约占19.9%。通过对转录组学和代谢组学的联合分析发现，氮素主要通过植物激素信号转导、次生代谢物生物合成、氮代谢等途径调控花生结瘤固氮。本研究结果可为深入研究氮素调控花生结瘤固氮的分子机理提供信息基础。     

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     

施氏假单胞菌固氮调控蛋白NifA调节电子传递体rnf1基因簇的表达

施氏假单胞菌A1501中电子传递体基因簇rnf1位于固氮基因岛上,该基因簇的突变造成固氮酶活显著下降。在rnf1基因簇的启动子区含有固氮调控蛋白NifA的保守结合序列,实时定量qRT-PCR分析证实了nifA突变株中rnf1基因簇的表达量与野生型相比急剧下调,暗示着NifA直接参与rnf1基因簇的表达调控。细菌单杂交系统的体内互作实验表明,在大肠杆菌体内NifA与rnf1基因簇启动子存在直接相互作用;进一步的凝胶阻滞试验证明原核表达纯化的NifA蛋白与rnf1基因簇启动子序列存在体外直接结合。上述结果从分子水平上给出了两者间相互作用的直接证据,为深入研究联合固氮基因的表达调控网络奠定了基础。     

研究解析施氏假单胞菌固氮生物膜形成的网络调控机制

正近日,中国农业科学院生物技术研究所微生物智能设计与合成创新团队解析了水稻根际联合固氮菌——固氮菌农业科A1501固氮生物膜形成的网络调控机制。相关成果在线发表在《生物膜和微生物组(npj Biofilms and Microbiomes)》。该研究为解析根际固氮微生物与宿主作物之间相互作用机制、大幅度增强田间固氮效率并实现节肥增产增效奠定了重要的理论基础,同时为人工设计生物膜功能模块及高效固氮基因回路提供了重要的理论指导。     

天冬氨酸转氨酶在中慢生根瘤菌MAFF303099共生固氮中的作用

为寻找根瘤菌中与共生固氮相关的调控基因,采用同源重组法,分别敲除中慢生根瘤菌MAFF303099在与豆科植物百脉根共生固氮过程上调表达的10个基因,研究它们对共生固氮的影响。结果显示:Δmlr5883敲除突变体相比于野生型MAFF303099,其固氮酶活性下降40%,侵染细胞形态未发生显著改变,对Δmlr5883回补可恢复固氮酶活性;预测mlr5883编码天冬氨酸氨基转移酶,体外检测该酶的天冬氨酸转氨酶活性为16.67 U/mg。该基因的突变会影响固氮效率,推测其可能参与对植物供给碳源的代谢过程。     

研究解析施氏假单胞菌固氮生物膜形成的网络调控机制

正近日,中国农业科学院生物技术研究所微生物智能设计与合成创新团队解析了水稻根际联合固氮菌——固氮菌农业科A1501固氮生物膜形成的网络调控机制。相关成果在线发表在《生物膜和微生物组(npj Biofilmsand Microbiomes)》。该研究为解析根际固氮微生物与宿主作物之间相互作用机制、大幅度增强田间固氮效率并实现节肥增产增效奠定了重要的理论基础,     

根际固氮微生物功能基因组及微生物肥料研究进展

固氮微生物为植物提供了大量的氮素来源,开展生物固氮的研究对缓解我国粮食短缺、能源消耗、环境污染等重大社会问题具有重要意义。综述了国际上关于固氮微生物功能基因组学以及微生物肥料产业的发展状况,并以巴西、阿根廷等国家在农业生产中的节肥增产的成功经验进行了案例分析。针对目前我国微生物肥料产业的发展状况以及行业前景提出了建设性意见,认为在功能基因组学平台上加强对固氮微生物基因表达调控及与宿主互作机制的研究将为后续开发性能优良的高效固氮、综合抗逆的固氮微生物工程菌株奠定重要理论基础。     

大豆根瘤共生固氮分子机制研究进展

大豆的共生固氮能力得益于根瘤,根瘤数与固氮效率是典型的数量性状受多基因调控。目前,已经在大豆中克隆到结瘤因子(Nodular Factor,NF)的关键受体,以及一些在结瘤信号传导途径中的分子组分,这些组分涉及到结瘤基因、肽类激素、受体激酶和小的信号代谢产物。其中部分基因的功能及作用机理得以阐明,参与的共生固氮途径及部分节点也已明晰。     

根瘤菌-豆科植物共生固氮的生理生化研究

本文分析了根瘤菌-豆科植物共生固氮体系的特征:1.根瘤的形成和发育;2。根瘤内类菌体的发育;3.类菌体内固氮酶系的组合;4.豆血红蛋白的生成。并阐明了根瘤菌与共生植物的专性结合、相互作用以及两个有机体的遗传因子在相互调控中的联合表现。研究了从紫云英根瘤菌的离体类菌体在共生固氮作用中的能源物质的供应,类菌体的呼吸作用与固氮作用的关系,豆血红蛋白调控固氮体系的氧供应。并提出:1.培育与豆科作物品种有效组合的高效根瘤菌菌株;2.协调共生固氮作用中各环节的影响因素;3.豆类作物开花期适当施用氮肥,发挥根瘤菌-豆科作物固氮效率。     

茎瘤固氮根瘤菌ORS571受体TlpA1对琥珀酸的感应机理

趋化作用在根瘤菌与宿主建立共生关系的起始阶段起着至关重要的作用。TlpA1是茎瘤固氮根瘤菌ORS571重要的跨膜趋化受体，但其感应机理尚未清楚。考察茎瘤固氮根瘤菌ORS571跨膜趋化受体TlpA1对趋化物的感应机理及生物学功能。通过平末端连接的方法构建N端表达菌株进行原核表达蛋白及纯化，利用等温滴定量热法（isothermal titration calorimetry）检测蛋白与趋化物的相互作用，测定野生型与突变株的生物膜及絮凝等表型。结果显示，跨膜趋化受体TlpA1通过胞外部分第29～183位氨基酸与琥珀酸结合。固氮条件下，突变株ΔTlpA1生物膜形成量相较于野生型下降约38%。絮凝量与野生型无显著性差异。跨膜趋化受体TlpA1通过感应琥珀酸调控茎瘤固氮根瘤菌ORS571生物膜的形成，对细胞絮凝无调控作用。     

茎瘤固氮根瘤菌ORS571受体TlpA1对琥珀酸的感应机理

趋化作用在根瘤菌与宿主建立共生关系的起始阶段起着至关重要的作用。TlpA1是茎瘤固氮根瘤菌ORS571重要的跨膜趋化受体，但其感应机理尚未清楚。考察茎瘤固氮根瘤菌ORS571跨膜趋化受体TlpA1对趋化物的感应机理及生物学功能。通过平末端连接的方法构建N端表达菌株进行原核表达蛋白及纯化，利用等温滴定量热法（isothermal titration calorimetry）检测蛋白与趋化物的相互作用，测定野生型与突变株的生物膜及絮凝等表型。结果显示，跨膜趋化受体TlpA1通过胞外部分第29～183位氨基酸与琥珀酸结合。固氮条件下，突变株ΔTlpA1生物膜形成量相较于野生型下降约38%。絮凝量与野生型无显著性差异。跨膜趋化受体TlpA1通过感应琥珀酸调控茎瘤固氮根瘤菌ORS571生物膜的形成，对细胞絮凝无调控作用。     

第7届国际固氮学术会议

第7届国际固氮学术会议于1988年3月13—20日在联邦德国的科隆大学举行,来自世界各地38个国家的633名代表参加了会议,其中我国代表7人,从国外单位赴会的我国留学生8人。会议日程由以下13个部分组成:1.纪念科隆大学建校600周年;2.大会开幕式和纪念赫尔里格尔和威尔法思(H.Hellriegel and H.Wilfarth)发现生物固氮100周年;3.固氮酶结构和调控的研究进展;4.固氮化学;5.固氮放线菌研究     

固氮施氏假单胞菌全局性调控因子RsmA的进化分析及表达特性研究

RsmA是假单胞菌属高度保守的全局性调控因子,该蛋白可通过与靶基因的mRNA结合影响其稳定性或者抑制靶基因的翻译影响蛋白表达。固氮施氏假单胞菌A1501中发现一个rsmA同源基因及一个可能参与rsmA活性调节的非编码小RNA rsmZ基因。对A1501菌中RsmA及RsmZ的分子进化及表达特性进行了研究。分析结果表明,RsmA与铜绿假单胞菌同源性可达98%,RsmZ具有4个RsmA的结合位点。实时定量RT\|PCR结果显示,rsmA在生长初期具有高表达量,而在指数生长期以及平台稳定期表达量下降。非编码RNA rsmZ的转录水平在整个生长时期未发生显著变化。在碳匮乏条件下,rsmA和rsmZ的表达量都显著下调。在一般胁迫σ因子rpoS突变株中,rsmA的表达未受影响,但rsmZ表达上调了30多倍,说明rsmZ的表达受rpoS的负调控。进一步发现,A1501菌中,rsmA和rsmZ的转录不受转录调控因子gacA突变的影响,这与荧光假单胞菌CHAO和铜绿假单胞菌PAO1的调控模式区别,表明RsmA的转录调控模式在固氮施氏假单胞菌A1501中有其独特性。该结果为进一步探索固氮施氏假单胞中RsmA的功能及其特定条件下的调控机制奠定了理论基础。     

紫花苜蓿根瘤菌研究进展

对苜蓿根瘤菌资源生物多样性采集与保藏、苜蓿根瘤菌的田间应用研究、苜蓿根瘤菌固氮机理的研究、影响苜蓿根瘤菌固氮效率的主要因子、苜蓿根瘤菌结瘤基因及其表达调控、结瘤基因与结瘤因子、根瘤菌分类研究历史与现状进行了综述,并对苜蓿根瘤菌的研究进展进行了浅评,提出广泛开展苜蓿根瘤菌资源调查,筛选和培育建立各个苜蓿品种的高效共生固氮体系、开辟苜蓿根瘤菌溶磷和分泌生长激素的研究是目前苜蓿根瘤菌研究的重点。     

大豆类胡萝卜素裂解双加氧酶GmCCD8固氮功能解析

大豆可与根瘤菌共生进行生物固氮,固氮机制受许多基因诱导调控,类胡萝卜素裂解双加氧酶(carotenoid cleavage dioxygenases,CCDs)可调控多种植物激素、色素、芳香类化合物的合成与代谢.为探讨其在大豆生物固氮中的功能,从大豆育成品种中黄15中克隆类胡萝卜素裂解双加氧酶GmCCD8基因,分析了该...     

植物根际促生菌作用机理研究进展

介绍了植物根际促生菌(PGPR)的概念与种类,综述了PGPR通过固氮、溶磷、产生嗜铁素、调控植物激素发挥的直接作用机理,以及作为生防制剂的间接作用机理,并阐述了PGPR在农业生产中的应用。     

喀斯特地区土壤微生物特征及生物固氮的调控作用

以生物固氮为切入点,采用文献挖掘的方式,阐述固氮微生物在喀斯特生态系统中的特点和功能,重点探讨在喀斯特地区石漠化恢复过程中土壤微生物及固氮作用与植被和土壤的相互关系。对石漠化治理中土壤微生物的调控进行阐释。结果表明,喀斯特地区不同石漠化阶段具有不同的土壤微生物特征,其与土壤理化、植被类型的关系处于动态变化,土壤微生物在调控土壤"氮、磷"的过程中起到主导作用。     

高效固氮芽孢杆菌筛选及其生物学特性

 【目的】筛选高效固氮芽孢杆菌,研究固氮微生物固氮酶活性、竞争适应能力与接种固氮效能的关系,探讨接种固氮芽孢杆菌对根际细菌多样性的影响。【方法】采用无氮培养基富集、加热筛选固氮芽孢杆菌。乙炔还原法测定固氮酶活性,采用盆栽小白菜选育高效固氮芽孢杆菌、研究菌种竞争适应能力与接种固氮效能。通过形态、生理生化特征和16S rDNA序列分析鉴定菌种。【结果】筛选到了3株固氮酶活性相对较高、固氮能力较强的菌株GD062、GD082和GD282,初步鉴定为芽孢杆菌Bacillus spp.和类芽孢杆菌Paenibacillus sp.。进一步的研究结果表明菌株GD082竞争适应能力较强,在盆栽试验自然土壤条件下接种固氮效能与施用化肥试验处理效果相当,可望进一步研发用于生产固氮微生物肥料。试验结果同时显示,供试菌株的固氮酶活性与其接种固氮效能并不直接相关,菌株的竞争适应能力对接种固氮效能影响很大,接种固氮芽孢杆菌使小白菜根际土壤细菌多样性显著增加。【结论】接种固氮微生物为农作物提供氮素养分具有生产实践意义。高效固氮菌种的筛选是一个复杂的过程,菌株的固氮酶活性与其接种固氮效能并不直接相关,竞争适应能力对接种固氮效能影响很大。筛选到的芽孢杆菌GD082固氮酶活性较高、固氮能力较强、竞争适应能力很强,可望进一步研发成为优良的固氮微生物肥料生产用菌种。