花生根瘤菌Bradyrhizobium sp.MM6 Ⅲ型分泌系统的结构和功能

【目的】探究花生根瘤菌Bradyrhizobium sp.MM6的Ⅲ型分泌系统(T3SS)的结构及其在根瘤菌与不同宿主建立共生关系中的作用。【方法】同源比对分析菌株MM6的T3SS基因簇的结构特征,并采用三亲本接合转移的方法构建T3SS调节基因ttsI突变菌株;通过蛭石结瘤和石蜡切片实验,比较突变体与野生型的共生固氮表型差异。【结果】经预测,MM6的T3SS基因簇编码区长约34.1 kb,可分为3个区域,包含10个保守结构基因和8个效应蛋白基因,与B.diazoefficiens USDA110相应基因的序列相似性为83%–93%;成功构建了MM6的ttsI突变株;ttsI突变株与野生型分别与花生(S523和Y45)、野大豆和大豆中黄57结瘤,ttsI突变体在花生中的总瘤数显著增加(P<0.05),根瘤中含菌细胞更多;ttsI突变体在野大豆中平均每株植物增加4个根瘤,根瘤中含菌细胞更多,地上部干重相比野生型MM6显著增加(P<0.05);在大豆中黄57中,野生型MM6能形成红色的有效根瘤,ttsI突变体不结瘤,且植株叶片发黄,地上部干重相比野生型MM6显著降低(P<0.05)。【结论】MM6的T3SS在花生和野大豆共生体系中起着有害的作用,而在大豆中黄57的共生体系中起着有利的作用。     

华癸中慢生根瘤菌7653R MCHK-3535基因在自生和与紫云英共生中的功能

【目的】探究Mesorhizobium huakuii 7653R MCHK-3535基因在共生固氮中的功能。【方法】构建MCHK-3535插入失活突变体、超表达和互补菌株,对其进行共生表型鉴定;并测定各菌株的生长曲线、运动性及生物膜形成;利用qRT-PCR方法和组织表达定位分析MCHK-3535在共生过程中的时空表达特征。【结果】与野生型7653R相比,突变体Δ3535达到稳定期的生物量增加,运动性下降,生物膜形成增加。此外,MCHK-3535基因的失活会显著提高紫云英固氮能力和植物地上部分鲜重,但不影响根瘤数量及重量;且互补菌株C3535能部分回补到野生型性状,超表达菌株OV3535均无显著性差异;qRT-PCR和启动子组织表达定位发现,MCHK-3535基因主要在根瘤的侵染区、过渡区及固氮区表达,并且表达持续整个固氮期。【结论】MCHK-3535基因在自生及与紫云英共生过程中发挥重要功能,参与根瘤的正常发育并负向调控固氮酶活性。     

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。     

花生根瘤菌Bradyrhizobium sp.MM6 Ⅲ型分泌系统的结构和功能

【目的】探究花生根瘤菌Bradyrhizobium sp. MM6的Ⅲ型分泌系统(T3SS)的结构及其在根瘤菌与不同宿主建立共生关系中的作用。【方法】同源比对分析菌株MM6的T3SS基因簇的结构特征,并采用三亲本接合转移的方法构建T3SS调节基因ttsI突变菌株;通过蛭石结瘤和石蜡切片实验,比较突变体与野生型的共生固氮表型差异。【结果】经预测,MM6的T3SS基因簇编码区长约34.1 kb,可分为3个区域,包含10个保守结构基因和8个效应蛋白基因,与B. diazoefficiens USDA110相应基因的序列相似性为83%–93%;成功构建了MM6的ttsI突变株;ttsI突变株与野生型分别与花生(S523和Y45)、野大豆和大豆中黄57结瘤,ttsI突变体在花生中的总瘤数显著增加(P0.05),根瘤中含菌细胞更多;ttsI突变体在野大豆中平均每株植物增加4个根瘤,根瘤中含菌细胞更多,地上部干重相比野生型MM6显著增加(P0.05);在大豆中黄57中,野生型MM6能形成红色的有效根瘤,ttsI突变体不结瘤,且植株叶片发黄,地上部干重相比野生型MM6显著降低(P0.05)。【结论】MM6的T3SS在花生和野大豆共生体系中起着有害的作用,而在大豆中黄57的共生体系中起着有利的作用。     

华癸根瘤菌urtB基因突变株的构建与共生固氮表型分析

【目的】尿素ABC转运体透性酶亚基编码基因urtB可能参与尿素代谢及支链氨基酸转运;本文旨在获得实验证据阐明urtB基因对华癸根瘤菌结瘤和固氮的影响,为深入研究其功能机制提供一定的科学依据。【方法】利用生物信息学分析urtB基因的结构特征及生物学功能,通过荧光定量检测urtB基因在自生和共生条件下的时空表达特征和启动子原位表达技术检测urtB基因组织表达特征,采用插入突变构建urtB突变株,通过植物盆栽并结合添加氮素处理,检测与分析突变体的共生固氮表型变化。【结果】分析表明urtB基因对于氮素转运非常重要,在共生条件下的表达水平比自生培养条件下显著上调表达;在成熟根瘤的固氮区中大量表达;正确构建和筛选获得了根瘤菌urtB突变株;接种urtB突变株与野生型菌株7653R相比较,突变体根瘤发育异常;植株地上部分生物量和根瘤固氮酶活性显著降低;添加氮素可恢复其共生缺陷表型。【结论】华癸中慢生根瘤菌urtB基因可能通过影响根瘤中氮转运或同化,进而在根瘤发育与共生固氮中发挥重要作用。     

刺槐核糖体蛋白同源基因RpRPL22在共生结瘤过程中功能研究

目的: 核糖体蛋白(RPs)属于多功能蛋白,能够参与调控细胞生长和响应胁迫条件。RpRPL22是一个从豆科植物刺槐中分离得到的结瘤相关基因,通过序列比对发现其与核糖体大亚基蛋白RPL22高度同源。对其如何通过调控根瘤菌侵染而在共生结瘤过程中发挥重要作用进行了较为深入的探索。方法: 利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)分析RpRPL22在接菌后不同时间及不同植物组织的表达变化。利用cDNA末端快速扩增技术(RACE)获得目的基因cDNA全长。通过GFP报告基因进行RpRPL22亚细胞定位分析。通过Gateway BP重组技术构建RNA干扰(RNAi)重组载体,借助电转化法将重组载体转至农杆菌K599,利用农杆菌介导植物根部,接菌后观察和测量植株表型。首先从宏观水平统计观察目的基因是否对结瘤过程有影响,其次从分子水平揭示目的基因在共生结瘤过程的重要功能。结果: 不同接菌时期、不同植物组织目的基因qRT-PCR相对表达量结果显示,几乎在所有取样的接菌时间,目的基因RpRPL22在接菌根中的相对表达量都低于未接菌对照根,只有接菌后第25天除外。在成熟的根瘤中,接菌后第25天该基因的表达量也最高。洋葱表皮和毛状根亚细胞定位结果均显示在椰菜花叶病毒(CaMV)的35S启动子控制下,RpRPL22融合绿色荧光蛋白GFP的荧光信号在细胞核和细胞质有明显的表达。RNAi转化植株的表型统计观察结果,比如植株鲜重、植株的有效结瘤数目较对照组均有明显的降低;同时RNAi转化植株在根瘤菌侵染过程形成的侵染线数目和根瘤原基数目较对照均显著降低。根瘤切片实验用于观察根瘤显微超微结构,结果显示RNAi植株根瘤中固氮区的受菌侵染细胞数目与对照相比明显减少。电镜观察根瘤单个受菌侵染细胞中类菌体形态显示,RNAi根瘤中类菌体侵染细胞胞体多呈不规则形状,皱缩变形严重,环类菌体周间隙空间增大,多共生体融合,表现出细胞凋亡的迹象。对照根瘤中的受菌侵染细胞胞体多呈圆形椭圆形,胞质饱满丰富且分布均匀,细胞发育正常,表明RNAi植株根瘤发育过程明显受阻。结论: 核糖体蛋白(RP)能够参与调控豆科植物共生结瘤过程,相关同源基因RpRPL22可能在起始根瘤菌侵染植物和阻止类菌体降解过程中起重要作用。     

豆科植物早期共生信号转导的研究进展

豆科植物与根瘤菌建立特异的共生关系,在寄主根部产生固氮根瘤。此过程包含了共生信号识别与传递、根瘤菌侵染、根瘤形成以及固氮功能实现等生物学事件。研究人员已经从2种豆科模式植物蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）和百脉根（Lotus japonicus）的共生固氮体系中,筛选到许多与根瘤菌共生相关的突变体及其相对应的功能基因,建立起包含结瘤因子识别、共生信号传递和转录响应在内的早期共生信号途径。该文对豆科植物早期共生信号途径的新进展进行了综述。     

豆科植物早期共生信号转导的研究进展北大核心CSCD

豆科植物与根瘤菌建立特异的共生关系,在寄主根部产生固氮根瘤。此过程包含了共生信号识别与传递、根瘤菌侵染、根瘤形成以及固氮功能实现等生物学事件。研究人员已经从2种豆科模式植物蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)和百脉根(Lotus japonicus)的共生固氮体系中,筛选到许多与根瘤菌共生相关的突变体及其相对应的功能基因,建立起包含结瘤因子识别、共生信号传递和转录响应在内的早期共生信号途径。该文对豆科植物早期共生信号途径的新进展进行了综述。     

Rpfan37在刺槐共生结瘤过程中的功能探究

目的:研究刺槐中与磷脂酰肌醇转运蛋白有较高同源性的基因Rpfan37的功能,为探究相关基因参与豆科植物与根瘤菌共生结瘤过程提供新的思路。方法:通过前期研究,建立豆科植物刺槐与共生根瘤菌互作的抑制差减杂交反交文库,筛选疑似与共生结瘤相关的基因。利用PCR技术快速克隆经实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)分析基因在不同接菌时间及不同植物组织的表达。构建RNA干扰(RNAi)重组载体,转农杆菌介导转化植物根部,接种根瘤菌后验证该基因在刺槐共生结瘤过程的功能。结果:基因表达分析显示,在接菌与未接菌的刺槐根中,处理后第15天,Rpfan37表达均显著上调,但接菌与未接菌处理对该基因表达无显著影响;在成熟的根瘤中,该基因仅为低水平表达。RNAi转化植株的鲜重、株高、根长及结瘤数较对照组显著降低。在显微镜下观察到RNAi植株根毛发育异常;与对照相比,RNAi转化植株形成的根毛卷曲、根毛侵染线及根瘤原基数目均显著降低。根瘤石蜡切片结果显示RNAi植株根瘤中的侵染细胞与对照相比明显减少,分析豆血红蛋白表达发现,RNAi植株中根瘤发育成熟过程明显受阻。结论:在豆科植物刺槐中发现的相关基因Rpfan37能够参与刺槐共生结瘤过程,为研究磷脂酰肌醇转运蛋白在共生结瘤过程中的作用提供了新的理论基础。     

华癸中慢生根瘤菌7653R 3个脂质转运蛋白基因的克隆、突变及共生表型北大核心CSCD

【目的】脂类转移家族蛋白基因编码一类参与脂类转运及代谢的蛋白。本研究旨在构建华癸中慢生根瘤菌3个脂质转运家族蛋白基因的突变株,检测及分析突变体与紫云英共生条件下的表型及功能。【方法】利用生物信息学分析与预测转脂蛋白的结构特征及功能,采用荧光定量技术检测目标基因在自生和共生条件下的表达特性,通过插入突变技术构建目标基因突变株,并进行植物盆栽实验考察其共生表型。【结果】MCHK-5577、MCHK-2172和MCHK-2779基因编码蛋白属于START/RHO alpha_C/PITP/Bet_v1/Cox G/Cal C(SRPBCC)超家族,包含脂类转移结构域,参与脂类转运或代谢,与百脉根等中慢生根瘤菌相应基因的序列相似性达95%以上。这3个基因在共生条件下的表达水平都增高。分别构建了MCHK-5577、MCHK-2172和MCHK-2779基因突变菌株,与野生型菌株7653R相比,接种突变株MCHK-2172mut、MCHK-2779mut和MCHK-5577mut后的植株地上部分生物量和根瘤固氮酶活性显著降低。【结论】华癸中慢生根瘤菌脂质转移家族蛋白基因在共生互作过程中发挥重要作用,突变后明显影响共生固氮表型。本文的实验结果为深入研究脂类转移蛋白在共生固氮作用中的功能机制奠定了基础。     

Medicago truncatula,a model plant for studying the molecular genetics of theRhizobium-legume symbiosis

Medicago truncatula has all the characteristics required for a concerted analysis of nitrogen-fixing symbiosis withRhizobium using the tools of molecular biology, cellular biology and genetics.M. truncatula is a diploid and autogamous plant has a relatively small genome, and preliminary molecular analysis suggests that allelic heterozygosity is minimal compared with the cross-fertilising tetraploid alfalfa (Medicago sativa). TheM. truncatula cultivar Jemalong is nodulated by theRhizobium meliloti strain 2011, which has already served to define many of the bacterial genes involved in symbiosis with alfalfa. A genotype of Jemalong has been identified which can be regenerated after transformation byAgrobacterium, thus allowing the analysis ofin-vitro-modified genes in an homologous transgenic system. Finally, by virtue of the diploid, self-fertilising and genetically homogeneous character ofM. truncatula, it should be relatively straightforward to screen for recessive mutations in symbiotic genes, to carry out genetic analysis, and to construct an RFLP map for this plant.     

The formation of R-prime deletion mutants and the identification of the symbiotic genes in Rhizobium fredii strain USDA191

Summary R-prime plasmids were formed between the plasmid of Rhizobium fredii strain USDA191 containing nodulation and nitrogen-fixation genes, pRjaUSDA191c, and pRL180, and RP1 derivative. R. fredii USDA191 contains four HindIII fragments that hybridize with an 8.7 kb EcoRI fragment that contains nodulation genes from R. meliloti. These four fragments are on pRjaUSDA191c and are 15.5 kb, 12.5 kb, 6.8 kb, and 5.2 kb in size. A series of R-primes generated in E. coli of pRjaUSDA191c were transferred into a Nod^- Nif^- derivative of strain USDA191 to determine which nodulation region is necessary for nodule formation. Transconjugants containing the 12.5 kb and the 6.8 kb HindIII fragments on segments of pRjaUSDA191c produced nodules on soybean plants. However, transconjugants containing the 12.5 kb HindIII fragment alone were unable to form nodules, suggesting that the 6.8 kb HindIII fragment or the 6.8 kb and the 12.5 kb HindIII fragments together were needed for nodule formation. The 6.8 kb HindIII fragment was subcloned into the vector pVK102 and transferred into transconjugants containing no sequences homologous to R. meliloti nodulation DNA or to transconjugants containing only the 12.5 kb HindIII fragment. Nodules were formed on soybeans only when both the 12.5 kb and the 6.8 kb HindIII fragments were present in R. frediistrain USDA191.     

矿区生态产业共生系统的稳定性

以矿区生态产业共生系统为研究对象,重点研究了影响其稳定性的因素。从矿区生态产业共生系统的共生模式及其共生策略两方面对系统稳定性进行了深入探讨。利用Logistic模型分析共生模式对系统稳定性的影响;利用博弈论分析共生策略对系统稳定性的影响。在此基础上,提出了相应的解决方案,从而有助于解决矿区生态产业共生系统的稳定性问题。     

石磺海牛共附生细菌的分离和活性菌株筛选

[目的]研究深圳大鹏半岛海域石磺海牛中可培养的共附生细菌的数量和种类,并对分离获得菌株的代谢产物进行活性筛选.[方法]通过R2A平板培养、分离纯化和16S rRNA测序,分析鉴定石磺海牛中5个部位可培养细菌;使用分离菌株的菌液及发酵液上清,测定对群体感应信号分子降解的活性和抗生物膜活性.[结果]从石磺海牛中共分离到21...     

灰飞虱核心共生菌的鉴定

媒介昆虫的核心共生菌能被用作基因工程菌发挥抗病毒功能.灰飞虱是一种重要的农业害虫,其传播的水稻条纹病毒造成水稻的大面积减产甚至绝收.[目的]本研究对不同稻区及温室饲养的灰飞虱进行菌群组成分析并初步鉴定灰飞虱的核心共生菌.[方法]通过16SrDNA介导的二代测序技术,分析了 2018-2020年间采集自云南昆明、河南开封...     

树兰原球茎内生细菌群落多样性及功能分析

【目的】通过分析树兰原球茎内生细菌群落组成、多样性特征和促生功能,探究树兰种子萌发相关的核心细菌类群及生物学功能。【方法】以树兰原球茎(树兰种子在树皮基质上共生萌发、在树叶基质上共生萌发、在MS1培养基上非共生萌发)和共生萌发基质(松树皮、腐熟树叶)共5个样本为研究材料,采用高通量测序技术分析不同萌发条件下原球茎内生细菌的16S rRNA基因多样性,比较分析细菌群落多样性和物种组成特征,通过传统的内生细菌分离方法获得共生萌发原球茎内生细菌菌株,并进行促生潜力评价。【结果】从5个研究样本中共获得2 735个可操作分类单元(operational taxonomic unit, OTU),属于41门453科876属,其中变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)为优势门。主坐标分析(principal coordinates analysis, PCoA)结果表明,树兰原球茎与萌发基质细菌群落结构存在差异,非共生萌发原球茎与在树皮基质上共生萌发原球茎内生细菌群落结构最为接近。功能预测表明,在树叶基质上共生萌发的原球茎内生细菌固氮功能显著高于其他萌发条件。通过分离培养,共获得内生细菌19株,分属12属16种,其中鞭毛膨胀芽孢杆菌(Tumebacillus flagellatus)、Bradyrhizobium cenepequi和人参腐殖土魏茨曼氏菌(Weizmannia ginsengihumi)为共生萌发原球茎共有种;韩国假单胞菌(Pseudomonaskoreensis)和 W. ginsengihumi兼具有溶磷、产吲哚乙酸(indole-3-acetic acid, IAA)和铁载体的潜在能力。【结论】在不同环境中萌发的树兰原球茎均有丰富的内生细菌群落定殖;从共生萌发原球茎中分离的内生细菌具有固氮、溶磷、产IAA和铁载体等促生功能。本研究为兰科植物种子萌发相关微生物资源挖掘及兰科植物与微生物互作研究提供科学依据。     

中华婪步甲共生放线菌的抗菌活性筛选及菌株BJ37的初步鉴定

利用平板分离法从中华婪步甲(Harpalus sinicus)中分离得到56株共生放线菌。其中菌株BJ37具有较好的抗菌活性,其发酵液对枯草芽胞杆菌和白色念珠菌的抑菌圈直径均大于30.0 mm。进一步研究BJ37发酵液不同极性溶剂萃取物的抗菌活性,结果表明在中等极性部位存在活性物质。通过形态学特征和分子生物学分析确定该菌株相似菌株为委内瑞拉链霉菌(Streptomyces venezuelae)。菌株BJ37作为微生物杀菌剂潜在产生菌值得进一步研究。     

Effect of IAA on symbiotic germination of an Australian orchid and its production by orchid-associated bacteria

Seven isolates of orchid-associated bacteria (OAB) belonging to five species were tested for their effect on mycorrhiza-assisted germination of the terrestrial orchid Pterostylis vittata. Hormone standards were also tested to evaluate their potential roles in the germination and development of the orchid. Strains of Pseudomonas putida, Xanthomonas maltophilia and Bacillus cereus promoted symbiotic germination, whereas certain strains of P. putida and an Arthrobacter species reduced it. Symbiotic germination was enhanced by IAA, inhibited by gibberellic acid and suppressed by kinetin. Each species of OAB produced IAA, although the conditions of growth affected the production of the auxin. IAA was not produced by the mycorrhizal fungus from P. vittata under the test conditions. Enhancement of symbiotic germination development may have resulted either from the production of IAA by the OAB and/or by the induction of endogenous hormones in the orchid by the metabolites of the bacteria and/or mycorrhizal fungus.     

蒙古栎根内及根围土壤中共生真菌和细菌群落组成分析

为探究中国东北地区森林根系和根围土壤中共生真菌的分布状况,分析了黑龙江省五大连池市蒙古栎Quercus mongolica纯林中根内及根围土壤中共生真菌和细菌群落的组成。结果表明,根内真菌的1 295个OTUs中有209个OTUs为共生真菌,隶属于36属,相对丰度25.46%;根围土壤真菌1 513个OTUs中有285个OTUs为共生真菌,隶属于40属,相对丰度59.91%;根内与根围土壤共同拥有共生真菌33属,根内特有3属,根围土壤特有7属。其中,外生菌根真菌为根内和根围土壤中共生真菌的主要类群,分别占共生真菌的98.82%和99.80%。定殖根内的细菌共获得5 550个OTUs,隶属于400属;根围土壤细菌获得8 406个OTUs,隶属于436属,根内细菌群落的Shannon指数和Chao1指数均低于根围土壤的。PICRUSt功能预测分析结果表明,根内的信号转导通路与信号分子和相互作用通路（包括CAM配体、ECM-受体相互作用等通路）的丰度低于根围土壤,而膜运输通路与信号分子和相互作用通路（包括细菌毒素、细胞抗原等通路）的丰度高于根围土壤。根内与根围土壤中菌根辅助细菌组成差异分析结果表明,除慢生根瘤菌属 Bradyrhizobium外,根内其余9属的相对丰度均高于根围土壤,尤其假单胞菌属 Pseudomonas的相对丰度远高于根围土壤。