百脉根中Lj5NG4与结瘤因子受体LjNFR1互作调控根瘤菌侵染

以百脉根结瘤因子受体激酶LjNFR1为诱饵,通过建立百脉根根瘤共生不同时期的酵母膜双杂文库筛选获得了一个与之互作的生长素相关转运蛋白Lj5NG4。通过酵母双杂交和烟草Split-Luc等试验进一步证实了Lj5NG4与LjNFR1的蛋白互作。利用CRISPR-Cas9基因敲除及超表达技术创建相关转基因材料,研究发现Lj5NG4可能在根瘤菌侵染前期起负调控作用,但对结瘤过程没有显著影响。同时启动子表达也证实了Lj5NG4在侵染前期根毛中强烈表达,成熟根瘤内部不表达。外源施加生长素试验发现低浓度的生长素会减弱Lj5NG4突变体的早期侵染表型,这表明生长素在共生结瘤发育中通过Lj5NG4发挥功能。     

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.     

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。     

大豆结瘤相关性状的Meta分析及候选基因挖掘

氮元素是植物生长所需的重要营养元素之一,生物固氮是大豆生长所需氮元素的重要来源。结瘤数目与重量等是研究共生结瘤的主要性状,对共生结瘤相关性状进行基因定位具有重要的意义。鉴于根瘤相关性状的QTL定位结果比较分散,需要选择合适的公共图谱并整合前人结果,将其真正应用于实践中。故对大豆结瘤相关性状的47个QTL进行Meta分析,得到2个"通用QTL",并将得到的"通用QTL"进行大豆基因组注释,在置信区间内找到8个可能与调节大豆结瘤相关的基因。通过转录表达分析发现,有6个大豆基因受根瘤菌诱导表达,其中有4个基因表达变化幅度较大,并且在绥农14与野生豆ZYD00006中表达均有差异;另2个基因未检测到信号。进一步的蛋白结构域分析发现,这些基因分别含有糖基水解酶、酪氨酸蛋白激酶、亮氨酸重复序列型类受体蛋白激酶和钙钠交换蛋白等结构域,结合已有研究结果表明这些差异表达基因编码蛋白的结构域均与植物抗病、植物免疫反应有关,这为研究大豆与根瘤菌间的共生关系提供理论基础。     

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,...     

外源共生基因对紫云英根瘤菌共生效率的影响

 将豌豆根瘤菌共生质粒pJB5JI、含紫云英根瘤菌共生基因的重组质粒pRaZ15及含苜蓿根瘤菌共生基因的重组质粒pRmSL26导入紫云英根瘤菌野生型菌株7653R，然后对3种转移接合子的共生固氮效率进行了比较全面的测定。结果表明：转移接合子7653R（pJB5JI）的共生固氮能力较出发菌株7653R大幅度提高，而且表现出较高的竞争结瘤能力，转移接合子7653R（pRmSL26）在固氮酶活性、植物干重及结瘤数方面亦显著高于对照菌株7653R；转移接合子7653R（pRaZ15）虽然在固氮酶活性及植物干重方面没有发现显著性差异，但结瘤数显著减少。     

磷转运蛋白AsPT6对紫云英结瘤及固氮酶活性的影响

采用组织定位、超表达及RNAi等方法对紫云英中的Pht1家族磷转运蛋白AsPT6进行了研究。时空表达结果显示,AsPT6基因在根、茎、叶中均有表达,接种根瘤菌后在根和根瘤中高量表达;化学组织定位分析表明,AsPT6在根和根瘤的维管组织及根和根瘤连接处均有表达,起到向根瘤转运磷的作用;超表达及RNAi结果显示AsPT6能显著影响紫云英的结瘤及固氮酶活性。这些研究结果表明,AsPT6参与根瘤形成和发育过程中磷的转运。     

百脉根LjSERKs基因家族在根瘤共生中的功能鉴定

为探索百脉根中的体细胞胚胎发生受体类蛋白激酶基因(somatic embryogenesis receptor-like kinases,SERKs)家族在根瘤共生过程中的功能和作用机制,根据拟南芥AtSERKs基因序列,从百脉根基因组中鉴定到8个同源基因(LjSERKs)。利用CRISPR-Cas9基因组编辑和毛根转化技术,分别敲除LjSERKs家族不同基因,观察并分析其对共生结瘤表型的影响。结果显示:敲除LjSERK2、LjSERK3、LjSERK6和LjSERK7后,其植株结瘤数与对照植株相比均无明显差异;敲除LjSERK8后,植株结瘤数显著减少。这些结果表明LjSERK8参与根瘤共生过程,而该家族其他基因间可能存在功能冗余现象。     

红芸豆miR395家族成员的鉴定及其与结瘤相关的表达分析

microRNA395是高等植物保守的miRNA家族，主要通过靶向低亲和力硫酸盐转运蛋白（AST）和ATP磺酰化酶（APS）来响应植物的硫饥饿反应，硫饥饿会显著影响固氮植物的结瘤共生固氮过程。为解析miR395在豆科植物结瘤共生固氮中的作用，对红芸豆miR395家族成员进行生物信息学预测，并对pvu-miR395在红芸豆不同组织和根瘤菌侵染不同时间段进行差异表达分析。结果显示，在全基因组水平上鉴定出8个pvu-miR395的家族成员，位于第2、3号染色体上。pvu-miR395家族成员成熟序列和星标序列高度保守，它们的前体序列均可生成稳定的二级结构。进一步对芸豆与大豆、苜蓿、拟南芥、水稻miR395家族成员进行系统进化分析，可将miR395家族成员分为GroupⅠ～Ⅳ4个亚家族。顺式作用元件分析发现，该家族成员可能参与植物激素、胁迫、生长和发育等过程；qRT-PCR差异表达分析发现，pvu-miR395家族成员均在根瘤中表达量最高，具有组织特异性，且pvu-miR395的表达量随根瘤菌处理时间延长呈现先升高后降低的趋势，显著抑制根瘤菌的侵染。靶基因预测表明，硫酸盐转运蛋白和硫酸腺苷酰基...     

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。     

豌豆根瘤菌ohrB基因的抗氧化和共生固氮表型

采用基因敲除构建豌豆根瘤菌ohr B基因突变株,研究突变株的抗氧化和共生固氮表型。结果表明:ohr B基因不影响菌株在自生培养条件下的生长能力,但对氢过氧化枯烯(cumene hydroperoxyde,Cu OOH)、过氧化氢(H2O2)、次氯酸钠(Na Cl O)等氧化物敏感,且在Cu OOH胁迫下,相比野生型菌株,突变株的存活率显著下降。荧光定量RT-PCR结果显示,豌豆根瘤菌ohr B基因表达不受H2O2诱导,且ohr B基因的缺失对其他抗氧化基因的表达没有影响。共生实验表明,ohr B基因对根瘤菌共生固氮能力及根际定殖能力没有影响,但在7 d瘤龄的豌豆根瘤类菌体中表达水平显著提高,并对根瘤菌结瘤能力有影响。ohr B基因虽对豌豆根瘤菌的自生生长、共生固氮、根圈定殖没有影响,但在抗氧化及竞争结瘤中发挥重要作用。     

蒺藜苜蓿紫色酸性磷酸酶MtPAP3基因在共生固氮中的功能

利用启动子组织表达定位、超表达及CRISPR/Cas9基因敲除等方法对蒺藜苜蓿酸性磷酸酶MtPAP3基因的功能进行研究。结果显示:MtPAP3在蒺藜苜蓿根和根瘤的维管束组织以及根瘤的分生区和侵染区中表达,在低磷胁迫和根瘤中均表现为特异性诱导后的高效表达;超表达MtPAP3能够显著提高蒺藜苜蓿的结瘤数及根瘤固氮酶活,敲除MtPAP3基因能显著抑制根瘤的发育及固氮酶活。结果表明:MtPAP3参与低磷胁迫条件下根瘤中的磷代谢及共生固氮过程。     

贵州救荒野豌豆高效根瘤菌株的筛选

【目的】筛选获得结瘤固氮能力强、促生效果好的土著高效救荒野豌豆根瘤菌菌株,为贵州喀斯特地区土壤改良应用提供优质菌株资源。【方法】采用刚果红YMA平板分离培养法,对贵州省不同生态功能区的救荒野豌豆根瘤进行分离、纯化,结合菌体形态结构和16S r RNA测序方法进行细菌种类鉴定,将筛选获得根瘤菌株与豆科模式植物百脉根进行盆栽回接试验,结合菌株固氮酶活性的测定,筛选土著高效根瘤菌株。【结果】从贵州省境内不同生态功能区的救荒野豌豆根瘤样品中分离获得53株形态、颜色和大小各异的根瘤细菌菌株,革兰氏染色后,共获得30株革兰氏阴性（G-）纯化菌株,经鉴定8株为根瘤内生细菌,22株为根瘤菌分属根瘤菌属（Rhizobium）和假单胞菌属（Pseudomonas）,其中Rhizobium的分布频率最高,达91%,豌豆根瘤菌（R. leguminosarum）的分布频率最高,达27%,分别是分离获得的优势属和优势种。将来自不同地域和种类的根瘤菌与百脉根进行盆栽回接试验后,共筛选得到优良固氮促生根瘤菌6株,即XDVR141-4、ZJVR339-3、WEVR362-3、WXVR365-1、WLVR370-5和B...     

非豆科作物和固氮微生物在协助菌影响下形成类根瘤

用果胶细菌处理禾本科，十字花科和葫芦科植物幼苗根系，根毛随着果胶细菌处理的时间而逐渐损伤，消除，然后，分别接种田菁根瘤菌，花生根瘤菌，扁豆根瘤菌，自生固氮菌和固氮螺菌；幼苗移栽２０－２５ｄ左右，根素即被感染而结瘤。白菜结瘤率可达９５％；黄瓜率为５０％左右。根瘤的石蜡包埋切片在光学显微镜下，可以明显地见到从根瘤的外皮层细胞至靠近中柱细胞，均有细菌分布。菌株ＯＲＳ５７１和１４７－３在白菜上形成的根瘤用     

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.     

大豆根瘤菌HH103 rhcN突变对结瘤能力的影响

【背景】大豆是重要的经济作物,能够为人类提供大量的植物蛋白和油脂。大豆在生长过程中,能够与根瘤菌形成共生体系进行共生固氮,该形式的共生固氮能够将空气中的氮气还原成氨,为大豆生长发育提供丰富氮源。根瘤菌Ⅲ型分泌系统是根瘤菌中重要的蛋白分泌结构,能够通过分泌Ⅲ型效应因子在共生体系建立过程中发挥重要调控作用。根瘤菌rhcN编码一种ATP转移酶,是根瘤菌Ⅲ型分泌系统的重要组成部分,能够保障根瘤菌Ⅲ型效应因子向宿主细胞的正常分泌。【目的】探索rhcN突变情况下对根瘤菌结瘤能力的影响,提高大豆-根瘤菌共生体系的固氮效率,为大豆农业生产提供必要的参考和支持。【方法】通过三亲杂交和同源重组,在rhcN起始密码子ATG下游插入了一个Km抗性基因,利用PCR扩增和Southern blot对插入情况进行验证,从而构建rhcN插入突变体HH103ΩrhcN。利用大豆染料木苷（Genistin）对野生型根瘤菌HH103及HH103ΩrhcN突变体进行诱导,并对处理组合对照组进行胞外蛋白纯化,通过Western blot检测rhcN突变对根瘤菌III型效应因子NopC及NopT分泌的影响。利用双层钵植物培养系统对大豆Williams82进行野生型根瘤菌HH103和HH103ΩrhcN突变体接种,分析rhcN突变对根瘤表型的影响。利用前期收集的100份基因型差异的大豆品种进行结瘤能力鉴定,分析根瘤菌Ⅲ型效应因子分泌异常情况下在不同基因型大豆品种中的结瘤表现。【结果】通过PCR扩增和Southern blot验证了成功构建的HH103ΩrhcN突变体,胞外蛋白鉴定表明rhcN突变能够抑制根瘤菌Ⅲ型效应因子NopC和NopT分泌。利用HH103ΩrhcN突变体和野生型HH103在Williams82进行结瘤鉴定,结果表明,rhcN突变能够显著抑制根瘤数和根瘤干重。对100份基因型差异的大豆品种进行结瘤鉴定,结果表明,rhcN突变能够引起其中80份大豆资源根瘤数目降低,13份根瘤数目显著升高,7份不发生显著性变化。【结论】rhcN突变能够引起根瘤菌Ⅲ型效应因子的异常分泌,进而能够影响共生体系的建立。根瘤菌III型效应因子在大豆-根瘤菌共生体系形成过程中发挥着重要作用,并且不同基因型大豆遗传背景对根瘤菌Ⅲ型效应因子具有不同应对反应。     

百脉根起始结瘤相关转录因子间相互作用的鉴定

以模式豆科植物百脉根为材料,利用酵母双杂交和双分子荧光互补（bimolecular fluorescence complementation ,BiFC）技术,研究调控起始结瘤基因表达的转录因子IPN2、NSP2、CYCLOPS、DELLA间的相互作用。结果显示,百脉根IPN2与DELLA、NSP2与DELLA、CYCLOPS与DELLA均有相互作用。表明IPN2、DELLA可能参与并形成一个大的蛋白复合物,网络调控豆科植物起始结瘤基因的时空表达。     

大豆细胞色素P450家族GmCYP78A71固氮功能解析

大豆可与根瘤菌互作进行共生固氮,有效缓解其对土壤氮素的依赖。细胞色素P450(cytochrome P450,CYP450)是一种血红素单加氧酶,参与植物信号分子、植物激素和黄酮类等多种次生代谢物的合成,为探究其在大豆结瘤固氮中的生物学功能,分析了该家族GmCYP78A71基因的结构,并对其表达模式及生物学功能进行了深入解析。qRT-PCR和转启动子大豆毛根的根瘤GUS染色表明,GmCYP78A71在根瘤中特异表达,且随着根瘤的发育表达量逐渐增高,在成熟根瘤中达到峰值;与对照相比,超表达复合植株的根瘤个数、鲜重、固氮酶活性等显著提高,而RNAi毛状根的根瘤个数、鲜重、固氮酶活性等显著降低。上述结果表明GmCYP78A71对根瘤的生长发育和固氮发挥重要作用。     

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。