紫云英根瘤菌107菌株exo基因簇非连锁突变位点的克隆

用鸟枪法从3株紫云英根瘤菌107菌株的胞外多糖合成缺陷变种（Exo-）NA－05、NA－07和NA－08中克隆获得含有107菌株exo基因及Tn5的exo::Tn5片段。以pRK415为载体构建107菌株EcoRI酶切后DNA片段的部分基因库,用exo::Tn5做探针原位杂交得到一个阳性克隆。该克隆的外源片段4．2kb能恢复3个变种的多糖表型及结瘤固氮能力。酶切分析和Southern杂交表明,3株变种中Tn5插入位点相近。     

影响紫云英根瘤菌入侵和根瘤发育的exo基因的克隆及分析

紫云英根瘤菌菌株107的3个胞外多糖缺陷突变株NA－01、02、04不具备诱导宿主植物紫云英结瘤的能力。以NA-01突变位点的DNA片段为探针,从可互补这3个变种的exoR′－11质粒上亚克隆到2．6kb的DNA片段。互补试验表明,2．6kb的片段不仅可纠正突变株的胞外多糖缺陷表型,而且使变种恢复诱导宿主植物形成有效根瘤的能力。2．6kb片段经Tn5定位突变后丧失这种恢复能力,表明该片段带有对应于3个变种的野生型基因。     

利用Tn5定位诱变筛选紫云英根瘤菌Exo-变种

利用Tn5定位诱变方法,对质粒Pjb-B5进行Tn5插入诱变,得到10个Tn5在5.9kbB5外源片段上有不同插入位点的质粒TN1-1,TN1-12,TN2-2,TN2-3,TN3-1,TN4-1,TN9-|1,TN10-1,TN13-1,TN14-1。将Tn1-1等分别转移到已经含有不相容质粒Pph1ji的紫云英根瘤菌107菌株中,使之发生同源变换。通过抗性选择及表型鉴别,筛选到3株菌落表型干燥(Muc^-)的酸性胞外多糖(EPS)合成缺陷菌株(Exo^-)107(TN2-2),107(TN10-1),107(TN13-1)\.Southern杂交分析证明这3株变种的Tn5插入确实是同源交换而不是转座产生,表明经过适当改良的Tn5定位诱变法可以应用于紫云英根瘤菌Exo-变种的筛选。     

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。     

影响紫云英根瘤菌入侵和根瘤发育的exo基因的克隆及分析

紫云英根瘤菌菌株１０７的３个胞外多糖缺陷突变株ＮＡ－０１、０２、０４不具备诱导宿主植物紫云英结瘤的能力。以ＮＡ－０１突变位点的ＤＮＡ面为探针,从可互补这３个变种的ｅｘｏＲ’－１１质粒上亚克隆到２．６ｋｂ的ＤＮＡ片段。互补试验表明,２．６ｋｂ的片段不仅可纠正突变株的胞外多糖缺陷表型,而且使变种恢复诱导宿主植物形成有效根瘤的能力,２．６ｋｂ片段经Ｔｎ５定位突变后丧失这种恢复能力,表明该片段带有对应于３     

紫云英根瘤菌菌株107exo基因簇的遗传互补分析

紫云英根瘤菌菌株１０７经Ｔｎ５插入诱变,得到１２株胞外多糖缺陷型变种,以质粒ｐＭＮ２为载体,从其中７株ＥＰＳ＾－变种内分别构建了７个Ｒ－ｐｒｉｍｅ质粒（ｅｘｏＲ）大部分变种的ＥＰＳ＾－表型可被ｅｘｏＰ互补,恢复野生型表型（ＥＰＳ＾＋）。互补表明,１２株ＥＰＳ＾－变种可分为６个不同的互补群,其中５个在遗传上连锁,ｅｘｏＰ酶切分析,除ｅｘｏＲ－０２,ｅｘｏＲ－０４外,其余５只的外源片段均整合于ｐＭＮ２     

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。     

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。     

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。     

紫云英根瘤菌菌株107exo基因簇的遗传互补分析

紫云英根瘤菌菌株１０７经Ｔｎ５插入诱变,得到１２株胞外多糖缺陷型变种,以质粒ｐＭＮ２为载体,从其中７株ＥＰＳ－变种内分别构建了７个Ｒ－Ｐｒｉｍｅ质粒（ｅｘｏＲ＇）,大部分变种的ＥＰＳ－表型可被ｅｘｏＲ＇互补,恢复野生型表型（ＥＰＳ＋）。互补表明,１２株ＥＰＳ－变种可分为６个不同的互补群,其中５个在遗传上连锁。ｅｘｏＲ＇酶切分析,除ｅｘｏＲ＇－０２,ｅｘｏＲ＇－０４外,其余５只的外源片段均整合于ＰＭＮ２的两同向重复序列ＩＳ２１之间。     

野油菜黄单胞菌野油菜致病变种8004菌株wxcA基因与EPS的产量有关

在以前的工作中,采用转座子Tn5 gusA5对野油菜黄单胞菌野油菜致病变种(Xcc)8004菌株进行诱变,获得一批胞外多糖(EPS)合成减少的突变体,对这些突变体的Tn5 gusA5的插入位点进行分析后,发现有两株突变体是wxcA基因不同插入位点的突变体。以前认为wxcA基因与脂多糖(LPS)的O-抗原合成有关而与EPS的合成无关。为明确wxc4基因的功能,对8004菌株的wxcA基因进行缺失,获得的△wxcA突变体的EPS产量与野生型菌株相比,减少了50％,并且一段PCR合成的包含wxcA基因的DNA片段能反式互补△wxcA突变体,恢复突变体的EPS产量。这证实了8004菌株的wxcA基因与EPS的合成产量有关。     

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．     

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。     

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,     

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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

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.