固氮基因转移的研究进展

生物学家特别是微生物学家、生物化学家、分子遗传学家十分注视生物固氮和固氮基因转移问题。目标是。如何把原核生物系统的固氮基因转移到高等植物特别是粮食作物中去,使它们能自主地进行共生固氮作用。实现这个目标还不是眼前的事,有的科学家认为,需要10年左右的时间才能达到这一目标。美国哈佛大学(F.M.Ausubel)、Cornell大学(A.A.Szalay)等已成功地将固氮基因(来自土壤中能够固氮的Klebsiella)     

获得控制细菌固氮的基因——固氮微生物学的重要成果

一切固氮微生物的固氮作用都是受固氮基因(nif)所控制。近年成功地从这些微生物(如Kl.Pneumoniae)分离到决定固氮能力的基因,并且把它们引入到大肠杆菌中,也已成功地被引入到酵母中,这是当前固氮微生物研究的一项重要进展。现在已鉴别固氮基因由17个基因组成。它们是以基因群的形式分布,7个或8个操纵子,保证同时合成这些基因的某些产品即固氮酶。已鉴定了三个基因是控制固氮酶的合成,如nifH     

获得控制细菌固氮的基因——固氮微生物学的重要成果

一切固氮微生物的固氮作用都是受固氮基因(nif)所控制。近年成功地从这些微生物(如Kl.Pneumoniae)分离到决定固氮能力的基因,并且把它们引入到大肠杆菌中,也已成功地被引入到酵母中,这是当前固氮微生物研究的一项重要进展。现在已鉴别固氮基因由17个基因组成。它们是以基因群的形式分布,7个或8个操纵子,保证同时合成这些基因的某些产品即固氮酶。已鉴定了三个基因是控制固氮酶的合成,如nifH     

科技信息

共生固氮微生物与农作物固氮蓝细菌与满江红、苏铁共生,还与真菌、苔藓、裸子植物和被子植物某些种属建立共生固氮体系;此固氮蓝细菌是地球上最早的绿色自养原核生物,行光合作用和放氧;还具共生固氮(N2)功能。已从那些固氮微生物中获得固氮基因,若能通过某种分子载体转移到水稻     

日勾维肠杆菌中固氮基因表达的调节

用^(32)P中标记的nifHDK和nifA基因探针与日勾维肠杆菌(E.gergoviae 57-7)DNA杂交,证明在E.gergoviae 57-7中存在类似nifHDK及nifA的基因.经接合转移法把nifHpromotor:IacZ融合子引入E.gergoviae 57-7,在转交子中可测到较高的β-半乳糖苷酶活性,表明在E.gergoviae 57-7中类似nifA基因对固氮基因表达的调节特性与K.pneumoniae的类似.载有组成型表达nifA基因的质粒pCK3经接合转移法引入E.gergoviae 57-7,转交子生长速率与野生型相似,在高氨下合成固氮酶并能恢复50%以上的固氮活性.     

巴西固氮螺菌中PⅡ和Pz在固氮调节中的不同作用

在巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)中,glnB和glnZ是两个高度同源基因,分别位于3.7kb/EcoRI+PstI和3.7kb/SalI的两个不同的染色体片段上.用卡那霉素盒(Kmr-cas-sette)插入法,对glnB和glnZ分别进行定位诱变,并获得相应的突变株,即glnB-和glnZ-.研究表明,glnB-突变株丧失固氮酶活性,表现为Nif-,而glnZ-象野生型菌株一样具有固氮酶活性.为了进一步研究这两个基因的功能,将glnB和glnZ分别构建在pVK100载体上形成重组质粒pVK-Ⅱ和pVK-Z,对glnB-和glnZ突变株进行互补实验,进一步证明了glnB与固氮酶活有直接相关性,而glnZ无此作用.同时,通过三亲接合法将pVK-Ⅱ和pVK-Z分别转移到巴西固氮螺菌野生型Yu62和具有一定抗铵能力的draT-突变株中,使glnB和glnZ的拷贝数增加,进一步比较它们的固氮酶活性.结果表明多拷贝的glnB基因,能显著提高固氮酶活性,而多拷贝的glnZ对固氮酶活性无影响.同时,将pVK-Ⅱ和pVK-Z分别转移到nifA-突变株中,结果表明glnB和glnZ均不能恢复nifA-的固氮酶活性.     

斯氏假单胞菌A1501固氮新基因PSTl305的功能分析

[目的]研究斯氏假单胞菌A1501基因组"固氮岛"中PST1305基因在A1501生物固氮过程中所起的作用.[方法]利用同源重组与三亲接合的方法构建PST1305的非极性突变株.乙炔还原法测定固氮酶活.RT.PCR分析PST1305基因与其周围基因转录单元的关系,Real-Time PCR比较PST1305在最佳固氮与非固氮条件下表达水平的差异.[结果]突变株np1305的固氮酶活显著降低,功能互补菌株np1305Comp能基本恢复细胞的固氮作用.PST1305与其上游的nifB、fdxN、下游的nifQ等基因位于同一个转录单元,组成一个操纵子.基因芯片表明,PST1305基因在固氮比非固氮条件下表达量显著上调(约38.7倍),Real-Time PCR验证支持这一结果.[结论]PST1305基因参与固氮过程,其突变会影响固氮酶的活性,该基因可能通过参与A1501固氮酶电子传递或者固氮酶的氧保护过程影响固氮效率.     

肺炎克氏杆菌固氮基因在稻根联合固氮菌粪产碱菌中的转移和表达

pRD1是带有肺炎克氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)固氮基因的重组质粒,它可以通过细菌间的接合转移到大肠杆菌(Escherichia coli)、根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)、苜蓿根瘤菌(Rhizobium meliloti)、鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)、草生欧文氏菌(Erwinea herbicola)、奇异变形菌(Proteus mirabilis)、粘质沙雷氏菌(Serratiamarcescens)、荧光假单孢菌(Pseudomonas fluorescens)和棕色固氮菌(Aztobacter vinelandii)中,所带的固氮基因能在其中的一些菌株中表达。 本文报道pRD1质粒在稻根联合固氮菌粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)A-15中转移和表达的情况。     

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     

共生固氮微生物与农作物

固氮蓝细菌与满江红、苏铁共生,还与真菌、苔藓、裸子植物和被子植物某些种属建立共生固氮体系;此固氮蓝细菌是地球上最早的绿色自养原核生物,行光合作用和放氧;还具共生固氮(N2)功能。已从那些固氮微生物中获得固氮基因,若能通过某种分子载体转移到水稻、小麦等粮食作物体内而获得有效表达的话,那将会使那些转基因作物实现氮素营养自给,这将导农业生产一场革命,这是研究所关注的一个重要方面;     

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…     

我国的几种蓝藻的固氮作用

湖北、湖南和江西等地采集的稻田蓝藻经过分离、培养、缺氮培养初步找到可能固氮的蓝藻后,进一步得出了无菌的纯培养的蓝藻藻种,经过试验和用微量凯氏法测定其产生的氮量,确定了四种蓝藻系固氮蓝藻。在100毫升无菌无氮培养基中生长四天的结果测定,水生686固氮蓝藻(Anabaena azotica)、水生678固氮蓝藻(A.azotica forma a)、水生670固氮蓝藻(Anabaena variabilis forma)和水生508固氮蓝藻(Nastoc Linckia forma)的固氮量分别为1.0146、0.938、0.8614和0.759毫克。     

携带Paenibacillus polymyxa WLY78固氮基因簇(nif)的重组大肠杆菌Escherichia coli 78-7转录组分析（英文）

【目的】来自Paenibacillus polymyxa WLY78的固氮基因簇(nifBHDKEf NXhesAnifV)可以转化入Escherichia coli中表达并使重组大肠杆菌合成有固氮活性的固氮酶。本文拟通过对重组大肠杆菌E.coli78-7的转录组分析以提高其固氮能力。【方法】对固氮条件(无氧无NH+4)和非固氮条件(空气和100 mmol/L NH_4~+)培养的重组大肠杆菌E.coli 78-7进行转录组分析。【结果】nif基因在两种培养条件下显著表达,说明在重组大肠杆菌中可规避原菌中氧气和NH_4~+对nif基因的负调控。对于固氮过程必需的非nif基因,如参与钼、硫、铁元素转运的mod、cys和feoAB,这些基因在两种培养条件下表达水平有差异。而参与铁硫簇合成的suf和isc基因簇在两条件下表达水平差异巨大。此外,参与氮代谢的基因在固氮条件下显著上调。【结论】重组大肠杆菌中与固氮相关的非nif基因在该菌的固氮过程中具有较大影响,本文对在异源宿主中调高固氮酶活性研究具有重要意义。     

土壤pH调控固氮植物和非固氮植物间的氮转移

氮作为构成蛋白质的主要成分, 是植物生长的必要营养物质。陆地生态系统普遍存在土壤氮缺乏的现象, 混交种植模式中固氮植物可以将生物固定的氮转移给非固氮植物, 是满足非固氮植物氮需求的途径之一。明确固氮和非固氮植物间氮转移的影响因素有助于恢复退化生态系统, 构建稳定群落, 增加生态系统生产力。为了量化环境及生物等因素对氮转移的影响, 该研究采用文献调研法, 对118组氮转移比例(氮转移量占非固氮植物氮含量的比值, P_transfer)文献和实验数据(包括21种固氮植物和23种非固氮植物)进行了线性混合模型分析。结果表明土壤pH是影响P_transfer变化的最主要因素(解释量为44.04%), 其次为年平均温度(解释量为9.14%)以及固氮与非固氮植物生物量比值(解释量为2.95%), 而作为随机因素的固氮和非固氮植物物种差异的解释量为16.52%。此外, 碱性土壤中P_transferr显著高于酸性土壤。在酸性土壤中, 年平均温度(解释量为12.49%)和土壤总氮含量(解释量为11.72%)是影响P_transfer差异的主要因素, P_transfer随着年平均温度和土壤总氮含量的增加而显著增加。而在碱性土壤中, P_transfer差异主要受到固氮与非固氮植物生物量比值(解释量为13.29%)、年降水量(解释量为10.73%)和土壤总氮含量(解释量为9.33%)的调控。相对于酸性土壤, 碱性土壤能够显著增加固氮与非固氮植物生物量比值进而增加P_transfer。同时, 在碱性土壤中P_transfer与年降水量和土壤总氮含量呈显著正相关关系。这些结果对提高固氮和非固氮植物间的氮转移, 有效缓解土壤氮对非固氮植物生长的限制以及构建稳定群落具有重要意义。     

固氮生物的类群

固氮生物有多种,一般都属于原核生物。通常都按照它们的固氮方式分成如下两大类。Ⅰ自生固氮生物 1.细菌(3目,11科,26属) (1)好气性细菌:棕色固氮菌(A.vinelandii),圆褐固氮菌(A.chrocoocum),贝氏固氮菌(A.beije—rinckii),活跃固氮菌(A.agile)等。     

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。     

呼伦贝尔沙地不同植被恢复模式对土壤固氮微生物多样性的影响

利用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术及扩增产物序列分析方法,研究了经过4年不同植被恢复模式下呼伦贝尔沙地土壤固氮微生物的nifH基因多样性和群落结构的变化.结果表明:不同植被恢复模式间土壤固氮微生物群落组成差异显著.混播柠条+羊柴+冰草+披碱草模式(ACHE)下的土壤固氮微生物nifH基因多样性指数最高,其次为混播柠条+冰草(AC)、单播柠条(UC)、单播冰草(UA)和单播羊柴(UH)模式,对照(裸地)最低.除单播羊柴(UH)模式与对照的多样性指数差异不显著外,其余4种植被恢复模式均显著高于对照.单一恢复模式(UA、UH、UC)下,绝大多数土壤固氮微生物属于蓝藻门,结构比较单一;而混播模式(AC和ACHE)下,土壤固氮微生物组成发生明显变化,以变形菌门为主,还包含蓝藻门,其种类增加,多样性提高.不同植被恢复模式的速效磷(AP)、全磷(TP)、全氮(TN)和硝态氮(N03-N)对固氮微生物区系的影响均达到显著水平,且AP、TP、TN和NO3--N之间均具有显著相关性.不同植被恢复模式下土壤固氮微生物区系组成的变化是不同理化因子之间相互关联、共同影响的结果.     

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。     

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。     

用遗传工程技术强化水稻结合性固氮的研究

本文介绍甘蔗、玉米、水稻等粮食作物和经济作物根际固氮微生物及固氮活性的存在,阐明水稻可以根据这一存在,运用工程技术的成就,将固氮基因引入水稻根面细菌,强化水稻形成结合性固氮,以便为水稻提供氮素营养的可能性。试验证明,带有固氮基因质核粒(PRD_1)转入根面受体菌或采用结合转移,均能获得成功。在获得转化体的同时,探讨培育抗氨、泌氨高效菌株的途径、提出水稻种子催芽拌种,或蘸根头肥时加入高效的固氮菌株以强化形成结合性固氮的可能性。