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。     

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。     

慢生型大豆根瘤菌的结瘤基因转入快生型大豆根瘤菌中

通过三亲本杂交把慢生型大豆根瘤菌USDAllO的基因文库转移至Tn5诱变的不结瘤的快生型大豆根瘤菌321,338中,用链霉素和四环素平板选择大量接合子,接种大豆,通过结瘤基因功能互补,获得7个根瘤,从中分离出的每个菌株都仍具有链霉素和四环素抗性。分离其质粒,发现每个菌株都多了一条较载体质粒pLAFRl分子量大的质粒。将这些质粒转移至大肠杆菌HBl01中,分离其质粒,用32P标记的ncd探针进行DNA—DNA分子杂交,除载体质粒pLAFRl为阴性反应外,其他重组质粒均为阳性反应,即所获得pLAFRl克隆的DNA片段上确有nod结构基因。回收重组质粒pLAFRl：：nod,用限制性内切酶EcoR I进行酶切,从其琼脂糖凝胶电泳图上估计pLAFRl上克隆的DNA片段分子量为32kb。     

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．     

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。     

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。     

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     

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.     

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。     

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。     

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。     

甾醇C-22去饱和酶高表达对酵母细胞麦角甾醇合成的影响

通过PCR扩增克隆到酵母菌甾醇C-22去饱和酶基因(ERG5)的编码序列及其终止子序列,以大肠杆菌-酿酒酵母穿梭质粒YEp352为载体,以磷酸甘油酸激酶基因PGK1启动子为上游调控元件构建了酵母菌表达质粒pYPE5。以铜离子螯合蛋白基因CUP1替换ERG5基因内部序列获得ERG5破坏菌株YSE5,其中麦角甾醇的合成被阻断,而积累了甾醇中间体Ergosta-5,7-dien-3β-ol。表达质粒pYPE5转化破坏菌株后使细胞恢复了合成麦角甾醇的能力。说明表达质粒上的ERG5基因得到了功能性的表达。将表达质粒pYPE5转化酿酒酵母单倍体菌株YS58,通过营养缺陷互补筛选到重组菌株YS58(pYPE5)。对重组菌株、破坏菌株和互补菌株细胞甾醇组分和含量进行测定,发现重组菌株和互补菌株的麦角甾醇和总甾醇含量明显低于对照菌YS58(YEp352)。测定不同培养时间细胞的麦角甾醇含量,发现重组菌株的麦角甾醇含量始终低于对照菌YS58(YEp352)。可见,ERG5在酵母中的高表达导致细胞麦角甾醇含量降低。     

酵母菌色氨酸合成酶基因的克隆与表达

用RemHI酶切酿酒酵母(Saceharomyces cercuisiae) 1412-4D染色体DNA,通过蔗糖梯度分离2-4kb DNA片段并插入穿棱质粒pCN60,构成1412-4D基因文库。从基因文库中提取重组质粒,转化受体菌C9(a,trp5,adcl,ade6),用直接功能互补法,分离到9株重组质粒,它们都含有3．2kb的TRP5 DNA片段,分别命名为pCN60(trps)1-90转化体中色氨酸合成酶的酶活水平比原始菌株1412-4D高3倍。     

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。     

固氮酶结构基因在快生型大豆根瘤菌中的定位

分离纯化了一批我国快生型大豆根癌蘸。测定了它们的固氮酶稀性和寄主专一性,发现相同菌株在不同大豆豆种植株上的结瘤和固氮活性差异甚大。蓑国USDA 191和193似寄主专一性较高,在我们所使用的豆种上结瘤能力很低,固氮活性也不高。对根瘤菌中巨型质粒的数量分布进行了分离分析,表明所有快生型大豆根瘤菌都包含1—3个巨型质粒(分子量范围;30-25Md>。用含有固氮酶结构基因的质粒pSA30作为探针对巨型质粒进行杂交,结果表明即使是快生型大豆根瘤菌,固氮酶结构基因也并不一定定位于巨型质粒上。另外,在若干菌株中发现psA30与二个巨型质粒同时杂交,表明有可能nif HDK或其部分基因的拷贝是分散的。     

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。     

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