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。     

紫云英根瘤菌结瘤能力的研究

在科研和生产实践中发现,根瘤菌会自发丧失结瘤能力,经吖啶橙处理和热处理后,其结瘤性能更易丧失。本文报道紫云英根瘤菌结瘤性能自发的和经吖啶橙与热处理诱导的变异。     

诱导紫云英根瘤菌nod基因表达的一些植物因子

利用柱层析,薄层层析和高压液相色谱从紫云英种子中分离并纯化对紫云英根瘤菌ｎｏｄ基因表达有诱导活性的成分,质谱鉴定为柚皮素。１９种类黄酮或非类黄酮化合物对此紫云英根瘤菌结瘤基因表达的诱导活性实验表明,紫云黄根瘤菌的结瘤基因可以应答多种诱导成分,除柚皮素外,还有类黄酮物质毛地黄黄酮,大豆素以及非类黄酮化合物７－羟基香豆素和葫芦巴碱。     

氮源对紫云英根瘤菌nod基因表达的作用

高浓度的硫酸铵阻碍了紫云英根瘤菌诱导紫云英根毛发生典型的根毛变形并明显抑制了紫云英结瘤能力。通过对融合子的β-半乳精苷酶活性的测定进一步表明高浓度的硫酸铵对紫云英的结瘤调节基因nodDZ、共同结瘤基因nodA及nodBC的表达有抑制作用而对结瘤调节基因nodD1的表达无抑制作用。     

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。     

诱导紫云英根瘤菌nod基因表达的一些植物因子

利用柱层析、薄层层析（TLC）和高压液相色谱（HPLC）从紫云英种子中分离并纯化对紫云英根瘤菌nd基因表达有诱导活性的成分,质谱（MS）鉴定为抽皮素（naringenin）。19种类黄酮或非类黄酮化合物对紫云英根瘤菌结瘤基因表达的诱导活性实验表明,紫云英根瘤菌的结瘤基因可以应答多种诱导咸分,除抽皮素外,还有类黄酮物质毛地黄黄酮（luteolin）、大豆素（daidzein）以及非类黄酮化合物7-羟基香豆素（umbelliferone）和葫芦巴碱（trigonelline）。     

氮源对紫云英根瘤菌nod基因表达的作用

高浓度的硫酸铵阻碍了紫云英根瘤菌诱导紫云英根毛发生典型的根毛变形并明显抑制了紫云英结瘤能力。通过对融合子的β－半乳糖苷酶活性的测定地一步表明高２的硫酸铵对紫云英的结瘤调节基因ｎｏｄＤ２、共同结瘤基因ｎｏｄＡ及ｎｏｄＢＣ的表达有抑制作用而对结瘤调节基因ｎｏｄＤ１的表达无抑制作用。     

紫云英根瘤菌共生质粒的鉴定及结瘤功能的诱动转移

紫云英根瘤菌SR72和76531两菌株都有相同的两个质粒,其分子量分别为200 Md和80Md。它们各自的HC Nod~-变株都消失了其中的200 Md质粒,但尚一致地保留着80Md的质粒,紫云英根瘤菌的结瘤功能显然与该200 Md质粒有极为密切的关系。Inc P1组的质粒能以10~(-4)/每个受体细胞的频率转入紫云英根瘤菌,而在紫云英根瘤菌之间的转移频率为10~(-4)—10~(-5)。紫云英根瘤菌的结瘤功能,可以通过P1组的质粒诱动,从野生型Nod~+菌株转移到HC Nod~-受体菌株中,甚至转移到消除了Ti质粒的土壤农杆菌中,能使紫云英结瘤。这些有结瘤能力的Nod~+接合子,其抗药性标记完全与Nod~-受体菌一样,但其质粒电泳图谱,既不同于供体,也不同于受体,缺供体中对应的200 Md大质粒带,比受体的却又多了一40 Md的质粒带。     

质粒exoR′恢复紫云英根瘤菌胞外多糖缺陷型变种有效结瘤能力

以ＰＭＮ２作为载体质粒,应用体内克隆技术,从紫云英根瘤菌胞外多糖缺陷型变种ＮＡ－１１中,分离到ｅｘｏＲ′质粒,该杂合质粒带有Ｔｎ５及其插入位点两侧的根瘤菌ＤＮＡ片段。ｅｘｏＲ′质粒能稳定地存在于紫云英根瘤菌中,不仅可纠正紫云英根瘤菌Ｅｘｏ－变种（Ｎｄｖ－）的胞外多糖合成缺陷,也能恢复该变种使宿生植物根部结瘤的能力。     

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。     

沙打旺根瘤菌对紫云英的侵染结瘤性能

沙打旺(Astragalus adsurgensPall)和紫云英(Astragalus sinicusL.)皆属豆科黄芪属植物,都能与根瘤菌共生。但是,这两种寄主植物互换根瘤菌接种也能有效共生吗?这是根瘤菌研究中的一个新问题。在我国开始大面积飞机播种沙打旺后,我们曾想用紫云英根瘤菌接种沙打旺。但试验结果表明,紫云英根瘤     

质粒exoR‘恢复紫云英根瘤菌胞外多糖缺陷型变种有效结瘤能力

以ＰＭＮ２作为载体质粒,应用体内克隆技术,从紫云英根瘤菌胞外多糖缺陷型变种ＮＡ－１１中,分离到ｘｅｏＲ＇质粒,该杂合质粒带有Ｔｎ５及其插入位点两侧的根瘤菌中,不仅可纠正紫云英根瘤菌Ｅｘｏ＾－变种的胞外多糖合成缺陷,也能恢复该变种使宿主植物根部结瘤的能力。     

紫云英根瘤菌胞外多糖缺失变种及其结瘤性状的变化

根据紫云英根瘤菌在寄主豆科植物紫云英上的结瘤能力,经转座子Tn5诱变获得的18株Exo~-变种可分为4种结瘤类群(A-D):A类变种诱导植物产生小的瘤状突起,不具固氮能力;B类变种形成无效根瘤;C类变种产生固氮效率降低的根瘤;D类变种丧失了结瘤能力。电镜分析显示:无效瘤和瘤状突起中不存在类菌体区,根瘤细胞均为不含细菌的空细胞,侵染线不能穿透到根瘤细胞中。说明紫云英根瘤菌胞外多糖很可能参与有效根瘤的形成。     

丛枝菌根真菌与根瘤菌互作及类黄酮对互作效果的影响

研究了中华根瘤菌与AM真菌互作或加入适量的类黄酮(150nmol·L^-1和1．5μmol·L^-1)对紫云英的生物量、结瘤数、AM真菌的侵染率、菌丝ALP和SDH酶活性的影响．结果表明,与对照组[0、AMF、Rh]相比,Rh+AMF组紫云英的生物量、结瘤数、AM真菌侵染率和菌丝酶活都有显著差异;与对照组及Rh+AMF组相比,类黄酮处理组紫云英的生物量、结瘤数、AM真菌侵染率和菌丝酶活差异更加显著,但不同类黄酮间(apigenin和hesperitin),或同一种类黄酮不同浓度处理问(150nmol·L^-1和1．5umol·L^-1)差异不明显,说明AM真菌与根瘤菌互作对紫云英的结瘤固氮、AM真菌的侵染和菌丝的生长都有促进作用．当Rh+AMF组加入适量的类黄酮时。这种促进作用更加显著．     

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,     

紫云英根瘤菌共同结瘤基因nodA和nodBC的核苷酸序列

以~(32)p标记的苜蓿根瘤菌(Rhizobium meliloti)2.3kb nod DNA作探针,从紫云英根瘤菌(Rhizobium huakuii即R. astragali)159基因文库中分离到一株能与探针DNA呈阳性反应的克隆pRaN109。同源DNA-DNA杂交及DNA序列分析表明:pRaN109DNA的9kb EcoRI片段上携带了nodD_1BC基因,pRaN109 NDA的18kb EcoRI片段上携带了nodD_2A基因。共同结瘤基因nodA与nodBC两者相距6.7kb。在nodA基因和nodBC基因的上游都存在有结瘤盒(nod box)。与来自不同种属的菌株所报告的结果相比较,紫云英根瘤菌159中的共同结瘤基因有着明显不同的组合。     

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。     

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。     

沙打旺根瘤菌CA8116菌株特性及应用效果

沙打旺(Astragallus adsurens Pall)是一种适应性很强的豆科黄芪属多年生草本植物。近年来,在我国西北、华北及东北地区用飞机大面积播种沙打旺改良退化的草原和治理水土流失。据调查、飞机播种区沙打旺苗期结瘤率不高,有效根瘤不多。为了改善沙打旺的结瘤状况,必须人工接种优良的沙打旺根瘤菌。但是