根瘤菌遗传学研究进展

豆科共生固氮是生物固氮中效率最高的体系,它涉及的植物种类繁多,在农业上用途广泛,而且这个体系又同时涉及高等植物和低等微生物之间信息传递、能量供给及物质交流,有其重要的理论研究价值,所以多年来共生固氮一直是被集中研究的课题,取得了很大的进展。特别是在近十年来,通过研究,科学家们证实了有关共生固氮的基因定位在快生型根瘤菌的巨型质粒上。根瘤菌的遗传学研究发展迅速,这些成就主要集中反映在以下诸方面。     

外源质粒（基因）导入花生根瘤菌的行为分析

利用二亲本或三亲本杂交的方法,将携带有共生固氮基因的外源重组质粒或外源载体质粒导入慢生型花生根瘤菌［Ｂｒａｄｙｒｈｚｏｂｉｕｍｓｐ．（Ａｒａｃｈｉｓ）］１４７－３和快生型花生根瘤菌［Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍｓｐ．（Ａｒａｃｈｉｓ）］８５－７中。探讨了转移接合子中外源质粒在人工培养条件下和共生条件下的稳定性,发现外源质粒在花生根瘤菌中的稳定性与质粒的类型、受体菌的特性和环境条件有关。同时还探讨了外源质粒上的共生基因对受体菌１４７－３共生固氮效率的影响。结果表明,外源共生基因对共生固氮能力的影响是复杂的,既可以产生正效应,也可以产生负效应。     

基因水平转移在根瘤菌进化中的研究进展

豆科植物与根瘤菌之间形成的共生固氮是自然界效率最高的一种固氮体系,在农业生产上具有重要的应用价值。由于根瘤菌的宿主专一性较强,每种根瘤菌只能与有限的豆科植物形成共生关系,近来的一系列研究表明共生基因的水平转移和宿主条件下的适应性进化是推动根瘤菌进化的重要方式。综述了基因水平转移的主要方式在根瘤菌进化和扩大宿主范围上的重要作用,以及获得共生性状的菌株在建立共生体系时存在的问题和解决方法,旨为共生固氮在农业生产中更好地应用提供思路。     

根瘤菌结瘤基因研究的新突破

根瘤菌是能侵入合适寄主植物根部并形成根瘤的一类细菌。由于在根瘤中,根瘤菌可以大量固定大气中的氮,因而在生物固氮研究中具有重要地位。过去十年中,由于分子生物学技术的进展使我们对根瘤菌遗传的各个方面有了许多了解。在一些根瘤菌中,成功地识别、分离了与共生固氮有关的基因。这些基因中有一类是与根瘤菌固氮能力有关的,统称为固氮基因(Fix基因)其中偏码固氮酶的结构基因nif HDK在所有已检查过的固氮微生物中具     

固氮作用

<正> 854902 位于三叶草根瘤菌共生质粒上的固氮基因和结瘤基因的机构[英]/Scott,D.B.…//Arch.Microbiol.-1984,139(2～3).-151～157[译自 DBA,1985,4(2),85-00815]作为鉴定三叶草根瘤菌 NZP514菌株的     

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。     

辽宁省豆科结瘤植物及其根瘤菌资源调查

豆科植物作为一种共生固氮植物 ,能与根瘤菌共生结瘤固定大气中的氮素 ,因此受到科学家的广泛关注 ,并对其开展了多方面的研究工作。在固氮机理 ,共生代谢及固氮菌遗传学方面都取得了重要的进展。但是 ,已经被研究的与根瘤菌具有共生关系的豆科植物还不足自然界中已知豆科植物种类的 0 5% [1 ] ,因此 ,豆科结瘤植物及其根瘤菌资源的调查研究工作更显得尤为重要。辽宁省是我国豆科植物种类较为丰富地区之一[2～6] ,而且均为我国主要的经济作物 ,如大豆、菜豆、豇豆、落花生等。多年来人们在不断地利用这些豆科植物资源造福于人类。但是 ,对…     

影响根瘤菌共生固氮效率的主要因素及遗传改造

介绍了影响根瘤菌共生固氮效率的主要因素及遗传改造,包括土壤因素,宿主植物,四碳二羟酸转移酶基因dct,固氮调节基因nifA,吸氢酶基因hup,共生质粒（基因）,缺陷型回复突变等。     

katG基因在豌豆根瘤菌抗氧化中的功能

摘要:【目的】细菌中过氧化物/过氧化氢酶KatG参与活性氧(ROS)的解毒过程,从而防止其对细菌生长伤害,本文研究根瘤菌中katG基因的抗氧化功能对豌豆根瘤菌3841生长及共生固氮的影响。【方法】通过基因敲除、遗传互补和对菌株的抗氧化和共生能力分析,系统地探究了根瘤菌中katG基因的功能。【结果】katG基因突变不影响菌株在自生培养条件下生长状况,但H2O2短时间处理导致突变株的存活率显著下降。实时荧光定量RT-PCR结果显示,H2O2不能诱导豌豆根瘤菌3841katG基因的表达。进一步研究发现突变体中katG基因缺失能显著提高抗氧化基因ohrB的表达,而降低grxC基因的表达。植物盆栽实验发现,katG突变虽然对根瘤菌共生固氮能力和竞争结瘤能力均无影响,但katG在类菌体中表达显著下调。同时,katG突变显著影响了根瘤菌在植物根圈中的定殖能力。【结论】研究表明katG虽对豌豆根瘤菌自生和共生固氮无明显影响,但在抗氧化和根圈定殖中起重要作用,外源H2O2对katG的表达无诱导作用,但katG调节ohrB和grxC等抗氧化基因的表达,从而在抗氧化和共生中发挥作用。     

根瘤菌共生固氮能力的进化模式

根瘤菌-豆科植物共生固氮体系对农业的可持续性发展至关重要,也是研究原核与真核生物互利共生的模式体系之一。长期以来,根瘤菌共生固氮相关研究主要集中在结瘤因子与固氮酶合成及调控等少数关键基因,但仅获得这些关键基因却不能保证细菌获得结瘤固氮能力。随着比较和功能基因组学的快速发展和应用,越来越多的研究发现根瘤菌使用了很多系统发育分支特异的遗传机制与豆科植物建立有效的共生关系,进一步揭示了双方互利共生的复杂性。本综述总结了近年来比较基因组学、遗传学以及实验进化等方面的相关研究进展,在此基础上讨论根瘤菌共生固氮能力的进化模式。     

根瘤菌质粒研究进展

根瘤菌能使豆科植物形成根瘤并在根瘤中将氮气转换成植物能利用的形式,即共生固氮。根瘤菌普遍含有高分子量的大质粒,而且与其生物学功能有密切关系。因而质粒是根瘤菌的遗传学的重要方面。每个菌株的质粒类型通常是稳定的,也是菌株的特征之一。已报道的根瘤菌质粒的数目从l～10个不等,其分子量（Mr／10’）多在100～300之间,＞1000的称为巨大质粒（Meg…asAnd）,已知St）lorhi。obiumnwliloli和AsiZObiumgaingae均含有巨大质粒l‘］。质粒在细胞基因组中占有较大的比重,如在Anlcobiumelti中其质粒可占细胞基因组的45o。AsrhizOb…     

影响根瘤菌共生固氮效率的主要因素及遗传改造*

介绍了影响根瘤菌共生固氮效率的主要因素及遗传改造 :包括土壤因素、宿主植物、四碳二羧酸转移酶基因dct、固氮调节基因nifA、吸氢酶基因hup、共生质粒 (基因 )、缺陷型回复突变等。     

琼脂糖凝胶电泳分离纯化和制备质粒DNA

分离纯化质粒DNA,在遗传工程和质粒的 分子遗传学研究中是重要的一环。分离和制备 质粒DNA的方法很多,有：澳化乙锭密度梯度 祛^[2-5]、两相法^[6]、酸酚法^[7][碱变性法^[8]p、甲基化 白蛋白（MAK）柱层析法^[9]硝酸纤维素法^[10]、电 泳法^[11]等,这些方法都各有所长。根据质粒的超 卷曲结构、开环结构和线状结构的不同,各个质 粒分子量大小的不同,以及质粒DNA与RNA 和染色体DNA在电泳中迁移率的不同,在我 们实验室的条件下,研制了一种琼脂糖凝胶电 泳分离纯化和制备质粒DNA装置。运用这种 装置,纯化制备了以下质粒： pBR322, pASI, pUB110、F}lac+proA+B+, pVA517A, pVA517B, pVA517C, pVA517D, pVA517E, pVA517F, pVA517G和pVA517H。并且对它们进行了电 镜观察,对其中纯化过的pBR322和pASI质粒 进行了转化实验,证明它们有生物活性。同时, 应用这种装置,可以一次分离具有不同分子量 大小的几种质粒,回收率约为85多。结果表明, 这种装置结构简单,操作方便,是纯化制备质粒 DNA的一种可用工具。     

根瘤菌的自生固氮作用

由于根瘤菌与寄主--豆科植物有明显的依赖关系,而且有些科学家过去曾用选择培养基或加入植物提取物进行试验,企图证明根瘤菌的自生固氮能力没有获得成功,因此导致根瘤菌只有与高等植物共生时才能固氮的概念的形成。这可能由于当时检测方法不灵敏,以及没有找到根瘤菌自生固氮的合适条件。     

固氮作用

863252一种与菜豆根瘤菌基因连接的质粒psi抑制产生外多糖并且是共生固氮所需要的〔会,英〕/Borthakur,D.…厂Abs,6thl:卜ternatl.Syrn.NitrogenFixation一1985,9一03 菜豆根瘤菌(Rhi:obium力haseoli)一个菌株在消除了其共生质粒pRPZ月之后,保持制造外多糖(EPS)的能力。但是,pRPZJI的一段,当以增加的拷贝数克隆在广范宿主载体中并转移到这个或别的根瘤菌菌株中时,抑制了EPS合成。这种基因称为Psi(抑制多糖)并定位于共生质粒中靠近结瘤和固氮基因的一个区段。Psi在共生作用中是重要的,因为一株含有克隆在多拷贝质粒上的PSi的野生菌…     

豆科植物—根瘤菌共生固氮的基因调控和转移

豆科植物-根瘤菌共生固氮是由寄主与细菌双方基因共同参与完成的,在相互基因调控中形成特导的结构—根瘤。参与根瘤菌固氮(nif基因)和结瘤(nod基因)的基因已被克隆和分析。     

高等植物基因组结构

高等植物基因组结构的研究是当前植物分子生物 学研究的一个重要领域。1976年Walbot和Dure报 道了棉花DNA复性动力学研究结果^[26],同年Flavell 和Smith发表了小麦方面的工作^[12] 迄今为止已报 道的经DNA复性动力学方法系统研究过的高等植物 还有： 烟草^[29],豌豆^[22,]大豆^[1,15],蚕豆^[27]黑 麦^[25]欧芹^[29],绿豆^[23],玉米^[16],花生^[8],粟^[28],亚 麻^[6]等。从已发表的情况来看,高等植物基因组结构 在主要方面都和已知的动物方面的情况相仿,下面我 们分几个方面逐项加以讨论。     

四棱豆的结瘤固氮研究

四棱豆(Psophocarpus teragonlolobus)是缠绕性草本植物,原产亚洲热带地区^[1],在热带地区为多年生。其叶、根、花、豆荚和种子均可食用^[2],且富含蛋白质和氨基酸,在国外被称为"高蛋白作物",目前世界上已有数十个国家种植。我国引种四棱豆的历史虽久,但至今仍未进行生产性栽培。为了推广利用这一具有较大经济价值的"高蛋白作物",我们曾对其在厦门地区种植的生育期、光合强度、结瘤固氮、营养成分及综合利用进行研究^[3]。本文仅介绍四棱豆结瘤固氮的研究结果。     

根瘤菌共生固氮的遗传学研究(一)

根瘤菌是一种重要的固氮微生物,由于它和植物形成独特的共生关系,所以可固定较大量的氮,据估计每年出于根瘤菌共生所固定的氮量可达139×10~6吨之多,约占地球上正个固氮总量的四分之一。在农业上根瘤菌共生固氮也是一个重要的氮素来源。     

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。