毛豆根瘤菌转吸氢基因的研究

通过三亲本杂交将携带豌豆根瘤菌吸氢基因的质粒pAL₆₁₈转移到台湾毛豆根瘤菌292-C中,经抗性筛选、质粒检测和吸氢活性测定,得到能稳定遗传的结合株292-C₂和292-C₃。在自生条件下结合株均表现较高的吸氢活性,而受体株292-C不吸氢,在共生条件下结合株表现为高吸氢,而受体株表现为放氢。     

含花生根瘤菌吸氢基因重组质粒pZ—55的特性分析

应用含豌豆根瘤菌部分吸氢基因的探讨及ＰＣＲ分析,从花生根瘤菌基因文库中筛选到含有吸氢基因的重组质粒ｐＺ－５５。用ＢａｍＨⅠ、ＥｃｏＲⅠ和ＫｐｎⅠ等内切酶对ｐＺ－５５进行酶切分析,构建了ｐＺ－５５的酶切物理图谱。经三亲本杂交分析,ｐＺ－５５能互补诱变株Ｌｎ－１（Ｈｕｐ＾－）,获得在自生条件下表达吸氢活性。     

根瘤菌吸氢酶基因转移的研究

通过三亲本杂交将含有花生根瘤菌吸氢基因的质粒pZ 55(Tcr)转入不吸氢的花生根瘤菌Ra 34等菌株 (Hup- ,Nif+,Apr)中 ,筛选到既具有吸氢又具有固氮能力的花生根瘤菌结合株Rz34 2。在自生和共生条件下 ,结合株均可表达高吸氢和高固氮活性。以结合株Rz34 2接种的花生植株叶片的干重比不接种的、接种受体株Ra34(Hup- )和接种对照菌株L8 3(Hup+,Nif+)的分别高 6.2 %、7.6%和 6.3% ;种子的含氮量分别高 8 9%、1.00 %和 6.0 % ;产量分别高 188%、1 0 5%和 1 0 7%。研究结果表明 ,以含吸氢基因的结合株接种花生能提高根瘤菌与花生的共生固氮效率 ,增加作物的产量。     

含吸氢酶基因（hup）嵌合质粒的构建和吸氢酶活性在阴沟肠杆菌中的表达

以质粒ｐＲＫ４０４为载体亚克隆含大豆根瘤菌吸氢酶结构基因（ｈｕｐ）的片段,构建成嵌合质粒ｐＨＲ１１、ｐＨＲ４和ｐＨＲ１０。通过三亲本杂交将这些嵌合质粒导入无吸氢活性的Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ２４１菌株（Ｈｕｐ－）,均获得Ｈｕｐ＋的接合子。利用启动子检测质粒ｐＭＰ２２０证明,在ｈｕｐ对结构基因上游１．２ｋｂ内存在ｈｕｐ启动基因片段。以ｐＲＫ２０１３为助质粒可将ｐＨＲ１１导入Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒｃｌｏａｃａｅ和Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａｏｘｙｔｏｃａ等土壤固氮菌株。本文以接合子Ｅ．ｃｌｏａｃａｅＥＨ１１１３为例,通过对基因组ＤＮＡＳｏｕｔｈｅｒｎ杂交分析证明,嵌合质粒ｐＨＲ１１在ＥＨ１１１３中稳定贮存和复制。Ｈ２诱导接合子ＥＨ１１１３吸氢酶活性高表达,吸氢活性与放氢活性比值约为对照的两倍。当以延胡索酸为电子受体时,吸氢酶的吸氢作用支持菌株固氮酶活性的提高。     

紫云英根瘤菌109菌株吸氢特性及碳底物的调节

紫云英根瘤菌109菌株完整细胞的吸氧活性,在空气气相中衰减快,加氢或降低温度,衰减延缓。完整细胞的吸氢反应受体,包括甲基蓝、氧、铁氰化钾、TTC、甲基紫精、Cyt C_3、硝酸钾、DCPIP和反丁烯二酸盐的表现不相同。当氧为受体时,气相氧浓度为5％,吸氢值最大,甲基蓝为受体时,吸氢活性高。另外,氧为受体的吸氢受到碳水化合物抑制,并与基础吸氧速率相关。紫云英根瘤菌的氢氧化与碳水化合物氧化竞争电子传递途径。     

紫云英根瘤菌及巴西固氮螺菌的氢酶表达特征

紫云英根瘤菌氢酶表达依赖于H_2并受碳底物和高O_2浓度的阻遏及cAMP的显著促进。整体细胞的吸氢活性对O_2不敏感,受碘乙酸(50mmol L~(-1))的强烈抑制。少数氧化还原电位为正值的人工电子受体可支持吸氢活性。与紫云英根瘤菌不同,巴西固氮螺菌氢酶表达并不依赖于H_2,受碳底物阻遏及cAMP促进的效应均不显著,而对O_2敏感。整体细胞吸氢活性受碘乙酸的抑制作用不明显。无论正、负值氧化还原电位人工电子受体均可支持吸氢活性。在经饥饿的静止细胞中,H_2可支持固氮活性并增强固氮酶对O_2的耐受能力。     

环境因子对根瘤菌吸氢活性表达的影响

自生条件下,测定准噶尔盆地南部的68株根瘤菌吸氢活力,获得一株Hup~+的冬箭筈豌豆根瘤菌C_(48)。经与紫云英根瘤菌株109及89比较,两者氢酶表达的最适pH相同;温度分别以20或30℃为宜;Ni~(2+)显著促进吸氢表达,但C_(48)还受Co~(2+ )、Mg~(2+)、Cu~(2+)的促进;紫云英根瘤菌的氨酶表达受碳水化合物抑制较冬箭筈豌豆根瘤菌明显。此外,自生条件下生长的Hup—菌株,经与宿主共生后,Hup~+的百分率大为增加。     

紫云英根瘤菌109菌株吸氢的诱导表达——核苷、核苷酸与烟酸的促进效应

核苷酸和烟酸的添加,使紫云英根瘤菌109氢酶吸氢活性表达增加。cAMP(1 mmol/L),烟酸(70 mmol/L)的存在,缓解了葡萄糖酸钠或果糖引起的吸氢活性阻遏,cAMP的解阻遏效应在年轻的菌体(48 h)表现较为明显。但以MB为受体的破碎细胞吸氢活性则未见增加,烟酸的促进效应受到氯霉素(40μg/ml)的抑制。其他核苷或核苷酸,如腺嘌呤,尿嘧啶,ATP,ADP,AMP,UMP,UTP都能促进吸氢活性的表达。诱导氢酶前,细胞ATP库已处于低水平,并保持稳定,添加琥珀酸盐后,ATP库水平提高,吸氢活性表达受抑。     

大豆—根瘤菌共生固氮氢代谢的研究

检测了四株大豆根瘤菌在不同的大豆品种上形成根瘤的放氢、吸氢、固氮活性及豆血红蛋白的含量;同时测定了植株干物质的积累。结果表明,所有固氮根瘤都放氢,自生条件下Hup~-根瘤菌形成的根瘤仍不具吸氢活性,相对固氮率在0.75左右。而Hup~(?)菌株根瘤的相对固氮率在0.91～1之间。寄主植物对Hup~(?)菌株的吸氢活性有影响。相关分析表明,根瘤的豆血红蛋白与吸氢活性呈负相关。干物质积累与固氮酶活性关系最密切,氢酶活性的影响是次要的。     

旋扭山绿豆根瘤菌MXDI6菌株氢酶诱导表达

在自生异养条件下,旋扭山绿豆根瘤菌ＭＸＤＩ６菌株的氢酶诱导表达受气相、ｐＨ值、镍等因子影响：氢酶表达的最适氧浓度为４％,最适氢浓度为１５％,二氧化碳没有明显影响;氢酶表达的ｐＨ值以５．０—６．０为宜;０．５μｍｏｌ／ＬＮｉＣｌ２明显促进吸氢活性,但镍浓度大于１μｍｏｌ／Ｌ则抑制吸氢活性．     

紫云英根瘤菌的吸氢与固氮的关系

用气相色谱和2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)还原测定,从8株紫云英、2株大豆,1株豇豆根瘤菌中检出二株在自生条件下具吸氢能力的紫云英根瘤菌菌株。观察到氢是诱导氢酶形成的必需条件。增加培养基中的碳底物浓度,菌株的吸氢活性受到抑制。乙炔和一氧化碳对吸氢活性具有不同程度的抑制作用。 从吸氢与不吸氢菌株的回接对比试验,似乎没有看到吸氢的菌株对寄主干物质积累有明显的影响。并发现自生条件下不吸氢的菌株所形成的根瘤具有吸氢的能力。     

转座子Tn5诱变慢生大豆根瘤菌

用pSUP1011载体系统,Tn5诱变慢生大豆根瘤菌110、123,其KmR菌落出现频率为5x10-8一5x 10-7。Tn5的SmR。基因能在慢生大豆根瘤菌中表达。用卡那霉素加链霉素来筛选插入变株,可完全排除自然突变的干扰。从4450个KmR变株中检出营养缺陷型7株,其中His-(4)、Glu-(1)和Trp-(2),吸氢功能缺陷型10株,其中2株His-同时是吸氢缺陷(Hup-)和共生固氮缺陷(Nif-),其原养型回变体(回变频率为0.5×10-8)都同时恢复了吸氢与固氮功能,又失去了对卡那霉素的抗性。4株对氧特别敏感的Hup-缺陷型,在培养状态下无吸氢活性,但结瘤固氮时不放氢。     

南岭黄檀根瘤固氮酶和吸氢酶活性研究

测定不同环境条件下南岭黄檀根瘤固氮酶和吸氢酶活性。结果表明,南岭黄檀根瘤具有吸氢酶活性,外源Ｈ＿２可提高固氮酶活性（２５％）,表明吸氢酶有助于提高固氮效率。低浓度的硝酸盐（２０ｍｇ。１￣＿（－１）不影响根瘤固氮酶和吸氢酶活性,但浓度达４０ｍｇ·ｌ￣（－１）时有抑制作用,而铵盐在上述浓度下均表现抑制作用。离体根瘤固氮酶和吸氢酶活性表达的最适温度为２５℃,过高或过低均有抑制作用。土壤含水量及光照强度均明显影响其固氮酶和吸氢酶活性。     

含hup基因的质粒在催娩克氏杆菌中的稳定性及吸氢酶的表达

以质料pKT230为载体,亚克隆大豆根瘤菌吸氢酶结构基因（hupSL）片段,构建成嵌合质粒pKH1。将质粒分配系统基因（parDE）片段和吸氢酶结构粒pRKBH。质粒pKH1、pRKBH和载体pRK415经转化和三亲本杂交,得到DH5α/pHR11、DH5α/pRKBH、pRK415、NG1390/pHR11、NG1390/pRKBH和NG1390/pKH1(NGH982)等接合子。稳定性分析发现,质粒pKH1在催娩克氏杆菌中传80代后仍有92％以上的菌株含此质粒,说明质粒pKH1有较高的稳定性。吸氢酶活性分析表明,H2诱导接合子NGH999和NGH982吸氢酶活性高表达,同时固氮效率和固氮酶活性也高。低碳源浓度更有利于接合子吸氢酶活性的表达和固氮效率的提高。接合子NGH982具有耐铵的基因,因此其固氮酶活性的表达有部分去铵阻遏的作用。     

含hup基因的质粒在催娩克氏杆菌中的稳定性及吸氢酶的表达

以质粒pKT230为栽体,亚克隆大豆根瘤菌吸氢酶结构基因(hupSL)片段,构建成嵌合质粒pKH1。将质粒分配系统基因(parDE)片段和吸氢酶结构基因(hup)片段插入载体质粒pRK415,构建成质粒pRKBH。质粒pKH1、pRKBH和载体pRK415经转化和三亲本杂交,得到DH5α/pHR11、DH5α/pRKBH、E1201/pKH1、NG13/pKH1(NGH999)、NG1390/pRK415、NG1390/pHR11、NG1390/pRKBH和NG1390/pKH1(NGH982)等接合子。稳定性分析发现,质粒pKH1在催娩克氏杆茵中传80代后仍有92％以上的菌株含此质粒,说明质粒pKH1有较高的稳定性。吸氢酶活性分析表明,H     

毛萼田菁茎瘤菌(Azorhizobium caulinodans)吸氢活性缺陷株的筛选及特性

利用转座子Tn5随机插入突变法,从毛萼田菁茎瘤菌（Azorhizobiumcaulinodans）中筛选得到两株吸氢活性缺陷突变株（Hup-）R－49和R－309,其固氮酶活性也大大降低,约为野生型固氮酶活性的6％～8％。以带有Bradyrhizobiumjaponicum的5．9kb的hup基因的质粒pHR11为探针与A．caulinodansORS571和B.japonicum122DES（Hup＋）的总DNA进行分子杂交,放射自显影表明,A．coulinodans基因组含有与B.japonicum的hup基因同源的DNA片段,将携带B．japonicumhup基因的嵌合质粒pHR11与A.caulinodansHup-突变株进行体内遗传互补,接合转移子吸氢酶活性可以恢复至野生型的60％,同时固氮酶的活性亦有所提高。     

毛萼田菁茎瘤菌（Azorhizobium caulinodans）吸氢活性缺陷株的筛…

利用转座子Ｔｎ５随机插入突变法,从毛萼田菁茎瘤菌中筛选得到两株吸氢活性缺陷突变株Ｒ－４９和Ｒ－３０９,其固氮酶活性也大大降低,约为野生型固氮酶活性的６－８％。以带有Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｊａｐｏｎｉｃｕｍ的５．９ｋｂ的ｈｕｐ基因的质粒ＰＨＲ１１为探针与Ａ．ｃｏｕｌｉｎｏｄａｍｓＯＲＳ５７１和Ｂ．ｊａｐｏｎｉｃｕｍ１２２ＤＥＳ（Ｈｕｐ）的总ＤＮＡ进行分子杂交,放射自显影表明,Ａ．ｃｏｕｌｉｎ     

紫云英根瘤菌Hup°菌株吸氢与固氮

紫云英根瘤菌109菌株经NTG诱变后,选出1027,1247,1439,1675 4株菌株,其生长比野生型109菌株快,而其吸氢活性对碳底物不敏感或部分敏感,称为Hup°菌株。菌株1675和1439形成的根瘤其吸氢前的滞后时间缩短,表明内源抑制吸氢的效应缓解。经回接,1675菌株的Hup°性状较1439菌株稳定。由根瘤内分离回收的1675-1和1675-32两菌株,其共生体的吸氢与固氮活性均比菌株109高,其根瘤的耗氧量比109根瘤低,说明1675菌株有利于根瘤累积碳底物。     

巴西固氮螺菌中吸氢酶基因同源性的分子检测

通过TTC(2 ,3,5 氯化三苯基氮唑 )实验筛选出 12株能产生吸氢酶蛋白 (Hup+ )的巴西固氮螺菌 (Azospir rilumbrasilense)菌株。用Qiagen柱分离提纯含豌豆根瘤菌的hup基因片段的质粒 pHVT10 9和pHVT115 ,并用地高辛标记法标记pHVT115 ,与 12株Hup+ 巴西固氮螺菌的总DNA进行斑点杂交 ,结果显示pHVT115所含的吸氢酶基因 (hup基因 )片段与巴西固氮螺菌的大部分菌株的hup基因同源性不强。这一结果表明hup基因在固氮生物中存在着遗传多样性 ,异源hup基因探针不一定都适宜于探测hup基因。     

自生条件下根瘤菌的氢酶表达与固氮的联系

在自生条件下,研究了根瘤菌的氢酶与固氮酶的共轭表达(coexpression)。氢酶表达受碳源限制和氧耗速率的调节,并为固氮酶表达条件促进,在固氮酶放氢的诱导下而与固氮酶共轭表达。此外,观察到外源氢支持根瘤菌自生固氮的活性,氢支持效应被葡萄糖酸钠和氧抑制。