Tn5—Mob转座系统对紫云英根瘤菌SR72的诱变和诱动作用

通过接合作用将携带有转座子 Tn5—Mob 的“自杀”性载体质粒 pSUP5011引入紫云英根瘤菌 SR72,得到卡那霉素抗性(Km~r)菌落的频率为6.99×10~(-6),测得受体菌的 Km~r 自发突变频率<10~(-8)。从对1071个 Km~r 突变体进行的植物砂培结瘤试验中筛选出结瘤不固氮(Nod~ ,Fix~-)突变株17个,不结瘤(Nod~-)突变株4个。另外,还从近3000个 Km~r 突变体中选出腺苷营养缺陷型突变株3个。通过 Tn5探针进行的菌落原位杂交试验证明:这21个共生固氮突变株中均含有 Tn5序列,进一步通过接合作用将协助质粒 RP4—4(Tc~r)引入 Nod~ ,Fix~ 突变株,获得了含有 Tn5—Mob 和 RP4—4的新突变株 SR72ZR(Km~r,Tc~r),但试图通过它们的协同作用将SR72中的大质粒诱动转移到根癌农杆菌 A136的试验未获成功.     

质粒pRP1::Tn501在根瘤菌、根癌农杆菌及大肠杆菌之间的转移

自1971年Beringer等第一次将质粒pRP4、pR68.45引入根瘤菌中进行研究以后,Beringer等又利用质粒pRP4等诱动豌豆根瘤菌的染色体基因转移到营养缺陷型受体中;Pilacinski和Schmidt报道了P1组质粒在4株大豆根瘤菌之间的转移情况,其中有3个菌株可以转移;宁林夫等研究了质粒pRP1::Tn501、pRP1等由紫云英根瘤菌Nod~+菌株转     

紫云英根瘤菌基因文库的构建及含完整结瘤基因的重组质粒pRaZ15的分离

以紫云英根瘤菌菌株7653R为材料,制备总DNA,经EcoRⅠ限制酶部分酶解,通过10—50％蔗糖梯度离心,分离到20一30 kb的DNA片段。利用能在革兰氏阴性菌中转移和复制的广谱寄主载体——pLAFRl质粒,构建了紫云英根瘤菌基因文库。通过与苜蓿根瘤菌102l菌株中8．7kb的共同结瘤基因(作探针DNA)杂交,从基因文库中分离到紫云英根瘤菌共同结瘤基因片段。以紫云英根瘤菌不结瘤突变株7653R+1(7653R消除共生质粒)为受体、构建的7653R基因文库(E．Coli C600)为供体,通过协助转移质粒pRK2013(LE392)进行三亲交配,在含四环素的根瘤菌台成培养基(sM)上选择接合转移子。将得到的所有接台转移子混合在一起接种植物,通过植物结瘤试验,分离到含紫云英根瘤菌结瘤基因的重组质粒pRaz15。将该质粒用EcoRⅠ完全酶切,得到25kb左右的外源DNA片段,该片段携带完整的结瘤基因簇。     

紫云英根瘤菌的exo与nod基因在宿主结瘤过程中的协同作用

紫云英根瘤菌菌株107经转座子Tn5诱变的胞外多糖合成缺陷型变种(Exo~-),在共生性状方面的改变有四种类型。我们选用了仅在宿主根部形成瘤状突起(Calli)的A类(NA-01,NA-02)、形成无效瘤(Nod~ ,Fix~-)的B类(NA-12)及不结瘤的(Nod~-)D类(NA-14)中的四个突变株分别与消除了共生质粒的Exo~ Nod~-变种(热处理变种及ANU-1116)混合接种紫云英幼苗,观察到与D类变种配合的接种组仍不能结瘤,而与A,B两类变种配合的接种组均诱导宿主产生形态正常的无效根瘤,并且该无效瘤全部被Nod~-变种侵占。说明一个表型仍为Exo~ ,但失去共生质粒的Nod~-变种,可在一个含有该质粒的Exo~-变种的帮助下进入根瘤。这提示共生质粒上的结瘤基因(nod)仅与侵染过程的早期有关,瘤的发育尚需根瘤菌的其他基因,其中包括exo基因的参与。 此外,共生质粒缺失的三个异种根瘤菌突变株分别与紫云英根瘤菌Exo~-变种混合接种时,也都在紫云英根部诱导出无效瘤,并且从瘤中能分离到这三个异种菌。表明在最初的识别作用发生后,植物对共生菌的专一性要求有所降低。     

几类快生型根瘤菌质粒的研究

用一种重现性好而较简便的方法,对国内的紫云英、豌豆、三叶草、大豆等快生型根瘤菌及根癌农杆菌共40多号菌进行了质粒分离,所得质粒图谱具有一定的菌株特异性。每株菌有1—3个质粒,其中至少有一个大质粒或巨大质粒。用质粒消除法获得失去结瘤(或致癌)能力的变异株,均缺少一个大质粒。快生型根瘤菌的结瘤基因定位在大质粒或巨大质粒上。用接合法将Rpl：：Tn501等质粒转入根瘤菌中,能诱动根瘤菌的结瘤基因转移给失去结瘤能力的变异株,可表达功能,质粒图谱也发生变化,与供体或受体都不同。     

紫云英根瘤菌Ra159的巨大质粒上存在有nod和nif基因的证明

在紫云英根瘤菌(Rhizobium astragali)Ra159中存在有两个分子量分别约为300Md(pRal59a)及大于300Md(pRal59b)的巨大质粒。以肺炎克氏杆菌的固氮酶结构基因nifHDK片段和苜蓿根瘤菌共同结瘤基因nod ABCD片段作探针进行的杂交试验证明了紫云英根瘤菌的大质粒pRal59b上存在有nod基因和nif基因。将这些大质粒转移到nod—nif基因缺失的苜蓿根瘤菌突变株Rm627—1,只有带pRal59b的转移接合子能在紫云英植物上形成根瘤,但这些根瘤均不能还原乙炔。     

转座子Tn5-Mob对菜豆根瘤菌共生基因的诱变、转移和初步定位

转座子Tn5-Mob在质粒RP4-4配合下能诱动(Mobilization)菜豆根瘤菌RCR3622内源质粒的诱动转移。在种间根瘤菌杂交过程中,二个巨型质粒的转移频率均大于10~(-3);分子量约为285kb的psym3622是带有结瘤(nod)和产黑素(mel)基因的共生质粒(Symbiotic plasmid);这二个基因的最大距离不超过70kb左右。另一个分子量约为135kb的质粒在试验中为不具结瘤功能的隐蔽质粒。将psym3622共生质粒导入不结瘤(Nod-)的豌豆根瘤菌菌株B151,能够使后者在菜豆植物上表达结瘤的特性,形成无效根瘤。将psym3622共生质粒导入不结瘤的菜豆根瘤菌菌株JI8400,能够在菜豆植物上形成正常发育的有效根瘤。     

华癸中生根瘤菌共生质粒的定向标记、消除与结瘤功能的鉴定

采用Tn5-mob-sacB转座子对华癸中生根瘤菌(Mesorhizobium huakuii)菌株7653R的共生质粒进行定向标记,获得该质粒标记菌株7653RT14.利用sacB基因对蔗糖的敏感性,对标记质粒进行消除实验,获得7653R的共生质粒消除突变株7653R-1.测得Tn5-mob-sacB转座频率高于10-5.突变株的培养特征与出发菌株基本一致.采用琼脂管法对7653RT14和7653R-1进行回接实验,结果显示7653RT14能正常结瘤固氮,表明Tn5的插入并未影响其共生能力,但失去共生质粒的7653R-1则为不结瘤或只结个别小瘤.稳定性实验结果表明供试菌株的标记质粒在本实验条件下是稳定的,可以作为共生质粒转移的供体菌.     

生物固氮

961871 紫云英根瘤菌5个互补结瘤菌株所分离到的重组质粒外源片段的酶切图谱[中]/农广…//武汉大学学报.～1995,41(4).-469～474 对来源于紫云英根癌茵7653R总DNA基因文库的5个互补结瘤菌株所分离到的重组质粒pNR102,pNR103,pNR108,pNR203和pNR213,     

紫云英根瘤菌质粒功能研究

紫云英根瘤菌CH203含有3条质粒(pRHa,97MI);pRHb,168MD;pRHc,251MD为共生质粒),用带蔗糖敏感基因Tn5-sacB进行菌株质粒消除和质粒缺失突变株筛选,获得一系列突变株。与野生型菌相比,质粒pRHa的丢失导致菌株结无效根瘤,质粒pRHb的丢失使菌株失去共生能力,在TY培养基平板上菌落变得粗糙,失去了脂多糖(LPSI)。质粒pRHc(共生质粒)的丢失显然失去其菌株的共生能力,同时使菌株抗酸性明显减弱。质粒回复能恢复突变株的表现特征和共生能力。此外,紫云英根瘤菌CH205含有5条大小不同的质粒(分子量42MD～230MD),该菌株某些质粒的消除能显著增强菌株的结瘤固氮能力。研究结果也表明除共生质粒外,紫云英根瘤菌其它质粒明显影响菌株的共生效应。     

五株大豆根瘤菌噬菌体的普遍性转导

本文研究了5种烈性大豆根瘤菌噬菌体在大豆根瘤菌菌株间的普遍性转导。噬菌体psc和psx能在慢生大豆根瘤USDA110菌株间转导营养缺陷型标记和卡那霉素抗性标记。快生大豆根瘤菌MD3菌株间可通过噬菌体pfm转导营养缺陷标记和卡那霉素抗性标记。噬菌体pfc和pfx可在快生豇豆根瘤菌ANU240及其变种ANU265间转导抗性基因和定位于共生质粒（sym质粒）上的结瘤基因（common nod）。所有转导频率均在10-6~10-7之间。用紫外线处理噬菌体裂解液可以相应提高转导频率。     

华癸中生根瘤菌2020三个内源质粒的功能及其与豌豆根瘤菌共生质粒之间的相互关系

2020是一株分离自中国南方水稻田里的华癸中生根瘤菌（Mesorhizobiumhuakuii）,有3个内源质粒,分别命名为p2020a,p2020b和p2020c．用Tn5-sacB插入突变的方法对2020进行质粒消除,得到了两株质粒缺失突变株20201）29和2020D8．缺失了第一大质粒p2020c的突变株2020D29的结瘤固氮能力有显著的提高;而缺失了第二大质粒p2020b的突变株2020D8失去了在紫云英（Astragalus sinicus）上结瘤的能力;第三大质粒很难被消除,原因可能是该质粒上含有菌株生长所必需的基因．然后将豌豆根瘤菌（Rhizobium leguminosarum）的共生质粒pJB5JI转入2020及其质粒缺失突变株中,盆栽结果显示,2020-137（pJB5JI）的竞争结瘤能力和固氮能力显著高于2020．但是pJB5JI不能恢复2020D8在紫云英上的结瘤能力．2020D8—8（pJB5JI）可以在豌豆（Pisum sativum Linn）上形成无效瘤,这说明pJB5JI的功能可以在2020的遗传背景下进行表达．对pJB5JI在受体菌中的稳定性进行检测,结果发现在人工传代的情况下pJB5JI可以稳定的存在,但经过与植物共生之后只能在部分根瘤分离物中检测到pJB5JI,对这些转移接合子和出发菌株及分离菌株进行Km基因的PCR扩增,除了出发的受体菌外其余的菌株都可以得到PCR产物．由此推断,在没有检测到pJB5JI的分离株中,pJB5JI可能部分或全部整合到了受体根瘤菌的染色体DNA中．     

豌豆根瘤菌共生基因pJB5JI与华癸中生根瘤菌7653R共生质粒的相互关系

华癸中生根瘤菌(Mesorhizobium huakuii)7653R是分离自我国南方水稻田的一株根瘤菌,含有2个内源质粒:p7653Ra和p7653Rb,其中7653Rb是共生质粒.通过Tn5-sacB的插入方法来消除质粒,获得7653Rb消除的突变株7653RD.将豌豆根瘤菌T83K3的共生质粒pJB5JI导入7653R和7653RD中,盆栽结果表明含有pJB5JI的转移接合子7653R-197的竞争结瘤能力和共生固氮能力均高于7653R.pJB5JI不能恢复7653RD在紫云英上的结瘤能力.含有pJB5JI的7653RD可以在豌豆上结无效瘤,表明pJB5JI可以在7653R的染色体背景下表达其功能.对转移接合子中的质粒稳定性进行检测,结果表明pJB5JI在人工传代的情况下可以稳定存在,但经过共生之后发生了遗传分离,对转移接合子和出发菌株及分离菌株进行kan基因的PCR扩增,除了受体菌外其他菌株都可得到PCR产物,由此推测,pJB5JI可能部分或全部整合到了受体菌的染色体基因组中.     

豇豆根瘤菌NGR234和紫云英根瘤菌109感染紫云英的比较研究

利用光学和电子显微镜对紫云英根瘤菌菌株109和广宿主的快生型根瘤菌菌株NGR234感染温带型豆科植物紫云英进行了研究,结果表明根瘤菌感染紫云英是通过在根毛中形成侵染线的途径。电子显微镜研究揭示了固氮根瘤中细胞内侵染线的存在。接种二天后,首先可观察到根毛的卷曲或分枝。接种四至五天后,在每株植物卷曲的根毛中可看到侵染线。接种八至十天后的植株出现肉眼可见的根瘤。菌株NGR234能够在紫云英上诱导根毛的卷曲,侵染线和根瘤的形成,但所形成的根瘤却未能固氮,根瘤中无明显的类菌体区,但有少数包有细菌的侵染线。NGR234抗抗菌素的衍生菌均未能使紫云英结瘤。将NGR234的共生质粒转移至三叶草、苜蓿、豌豆、快生型大豆根瘤菌和农杆菌,亦未能使这些细菌获得紫云英上结瘤的能力。     

湖北地区快生型大豆根瘤菌的质粒及结瘤基因的初步定位

从湖北省潜江县和监利县的4个采集点分离纯化了26株快生型大豆根瘤菌。质粒分离分析结果表明:所测快生型大豆根瘤菌中均有1—3条质粒带,分子量范围在50—300 Md之间。从26株快生型大豆根瘤菌中,选出分属两个血清型的5个菌株,依据根瘤菌nodABC基因在所有根瘤菌种中的结构同源性,对快生型大豆根瘤菌的结瘤基因(nod)进行了初步定位,其结果表明:R173、X143、B21、B2,D13菌株的质粒DNA中没有与nod ABC基因同源的片段存在,而R173、X143、B21、D13菌株的总DNA中含有部分no     

紫云英根瘤菌胞外多糖缺陷型变种的分离及遗传分析

经转座子Tn5诱变,获得20株紫云英根瘤菌菌株109胞外多糖(Exopolysaccharide,EPS)缺陷型(Eps-deficient,Exo-)变种。这些变种仍都是原养型,在含不同的碳底物或不同浓度碳底物的固体培养基上,菌落型态均无改变。与亲本菌相比,变种的EPS产量明显降低。所有变种未能在其宿主植物紫云英上结瘤。利用载体质粒pMN2,经Exo-变种与大肠杆菌受体菌交配,通过选择Tn5卡那霉素抗性标记的转移,构建成带有Tn5及菌株109多糖基因DNA片段的R－prime质粒。R-prime质粒能稳定地存在于菌株109中。大部分变种的Exc-表型能被R-prime质粒互补,但R-prime质粒未能使这些Exo-变种恢复有效结瘤的共生能力。根据互补结果,20株Exo-变种分为6种不同的互补群,其中5种互补群的多糖位点在遗传上是连锁的。     

旋扭山绿豆快生型根瘤菌不结瘤突变株的分离

旋扭山绿豆快生型根瘤菌D1202菌株在吖啶橙(20ug/ml,30μg/ml)的作用下(28℃培养7天),可以诱发不结瘤Nod~-突变株。从单菌落结瘤试验表明,Nod~-突变个体占群体数的10—20%。随机挑取的未经吖啶橙处理的20个单菌落的回接试验,旋扭山绿豆植物能正常地结瘤固氮。说明控制结瘤作用的基因对吖啶橙处理敏感。     

质粒PRP1: : Tn501在根瘤菌、根癌农杆菌及大肠杆菌之间的转移

自1971年Beringer等G3]第一次将质粒 pRP4, pR68.45引入根瘤菌中进行研究以后， Beringer等[41又利用质粒pRP4等诱动豌豆根 瘤菌的染色体基因转移到营养缺陷型受体中； Pilacinski和Schmidt17，报道了P1组质粒在 4株大豆根瘤菌之间的转移情况，其中有3个 菌株可以转移：宁林夫等〔13研究了质粒pRPI:. Tn501, pRPI等由紫云英根瘤菌Nod{菌株转 移到Nod一变异株中，并诱动了结瘤基因的转 移。本文介绍质粒pRP1: : Tn501在不同种的 根瘤菌之间、根瘤菌与根癌农杆菌之间，以及它 们与大肠杆菌之间的转移和表达情况。     

倒转停顿电场电泳在大质粒检测中的应用

利用带有电脑控制器的能周期性倒转并停顿电场的电泳检测了13株细菌的质粒。结果表明,该方法分辨率高、分离范围广(30Md—600Md),而且重现性好。应用该方法,在根隔农杆菌C58和A136菌株中检测到一条未见报道的巨大质粒,分子量>600Md;在紫云英根瘤菌S52菌株中,检测到常规电泳不能分离开的、分子量非常接近的两条大质粒。     

紫云英老种植区引进根瘤菌的结瘤效果

我们用抗链霉素紫云英根瘤菌菌株在紫云英老种植区作了一些有关结瘤效果的观察,报道如下。