巴西固氮螺菌Yu62nifA基因克隆、测序及功能分析

用TD-PCR法克隆了巴西固氮螺菌(Azospirillun brasilense)Yu62的nifA基因.序列分析表明它与巴西固氮螺菌Sp7的nifA序列高度同源(96.5%),其编码的产物NifA蛋白与Sp7菌株NifA的氨基酸序列同源性为97.6%.该基因可以完全互补巴西固氮螺菌Sp7 nifA-突变株的Nif-表型.研究了NH4+和O2对Yu62 nifA基因的表达及NifA活性的影响.结果表明mfA基因在Yu62菌株中是部分组成型表达的,氨和氧不能完全阻遏其表达,在5mmol/LNH4Cl与微氧(0.5%O2)条件下表达最高;NifA蛋白在0.4%～0.5%O2时活性最高,氧分压降低和提高都使NifA活性下降,1mmol/L NH4Cl足以抑制NifA的活性.     

巴西固氮螺菌Yu62glnB基因的克隆及其功能分析

通过原位杂交从巴西固氮螺菌Yu62的基因文库中,筛选到glnB基因的阳性克隆,将3.7kb/EcoRI PstI的阳性克隆亚克隆到pUC19中,进行了全序列分析,其在GenBank中的登记号是AF323960。DNA序列分析表明该阳性克隆含有完整的glnB基因,glnB基因下游是编码谷氨酰胺合成酶（GS）的glnA基因,glnB基因上游是一个编码未知蛋白的ORF。glnB基因编码区长336bp,编码112个氨基酸,与肺炎克氏杆菌、大豆慢生根瘤菌、豌豆根瘤菌及大肠杆菌在氨基酸顺序的同源性分别高达71%、77%、79%和69%。将卡那霉素抗性片段（Km-cassette)插入glnB基因的BglII位点,通过三亲杂交法将其引入到巴西固氮螺菌Yu62中,通过同源重组,获得GlnB^-突变株（glnB::Km）。为进一步分析glnB基因的功能,将glnB基因的编码区（339bp）构建在pVK100中,置于Km启动子下组成型表达,形成重组质粒pVK-II。将重组质粒pVK-II转入到GlnB^-突变株,构建成互补株C-glnB(glnB:Km/glnB)。对GlnB^-突变株和互补株的固氮酶活性和生长性能的测定表明,GlnB^-突变体无固氮酶活性,即表型为Nif^-;而互补株像野生型菌株一样具有固氮酶活性。突变株、互补株及野生型在菌落生长速度上基本相同。将含有glnB基因的重组质粒pVK-II分别转移到野生型Yu62菌株和具有一定抗铵能力的DraT^-突变标中,使glnB基因的拷贝数增加,并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。     

巴西固氮螺菌Yu62在玉米根的定植

将GFPmut2质粒中的gfp基因(编码绿色荧光蛋白)克隆到载体pVK100中,构建成重组质粒pVK1001。将pVK1001通过电转化方法导入到联合固氮菌巴西固氮螺菌Yu62中,获得GFP)标记的巴西固氮螺菌Yu62菌株。用标记菌株接种限菌培养条件下生长的玉米(农大3318)幼苗,在接种后8d、12d,用激光共聚焦扫描显微镜进行观测,结果表明巴西固氮螺菌Yu62菌株能定植于玉米根部皮层的薄壁细胞间隙。用扫描电镜和超薄切片电镜观察表明,大多数细菌主要定植于根表,少数菌可进入玉米根组织内。     

巴西固氮螺菌Yu62在玉米根的定植

将GFPmut2质粒中的gfp基因 (编码绿色荧光蛋白)克隆到载体pVK100中,构建成重组质粒pVK1001.将pVK1001通过电转化方法导入到联合固氮菌巴西固氮螺菌Yu62中,获得GFP标记的巴西固氮螺菌Yu62菌株.用标记菌株接种限菌培养条件下生长的玉米(农大3318)幼苗,在接种后8 d、12 d,用激光共聚焦扫描显微镜进行观测,结果表明巴西固氮螺菌Yu62菌株能定植于玉米根部皮层的薄壁细胞间隙.用扫描电镜和超薄切片电镜观察表明,大多数细菌主要定植于根表,少数菌可进入玉米根组织内.     

肺炎克氏杆菌的nifA基因产物在巴西固氮螺菌中的功效

通过三亲本杂交将质粒pCK3{携带改变了启动子的肺炎克氏杆菌(Klebsiella pneuma-niae)nifA 基因]引入巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)Yu62菌株中,由此获得的转移接合子巴西固氮螺菌Yu62-4菌株在6．0 mmol/L以上NH+4浓度下,能表现出微弱的固氮酶活性(相当于无NH+4时活性的0．3-0．5％),而野生型Yu62则全部丧失固氮酶活性。固氯酶的丙烯酰胺凝胶电泳和铁蛋白的免疫杂交实验表明,转移接合子Yu62-4在高NH+4(50mmol／L)下,虽有铁蛋白合成,但合成量比无NH+4时少得多,而且有一部分铁蛋白未被共价修饰;野生型菌株Yu62在此NH+4浓度下无铁蛋白合成。实验结果表明：外源(来自肺炎克氏杆菌)的基因产物在巴西固氮螺菌Yu62中不能有效地解除NH+4对该菌固氮酶合成的阻遏作用。本文分析了出现这种现象的原因。     

巴西固氮螺菌Yu62的EGFP标记及其在小麦体内的定殖研究

以质粒pEGFP-C1为模板,采用PCR方法特异性扩增增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因全长序列,将其与原核表达载体pVK-100连接,构建成重组载体pVK-EGFP.利用电转化法将重组载体导入巴西固氮螺菌Yu62中,得到EGFP标记菌株.用EGFP标记菌接种小麦'小偃107'种子,室内限菌条件下培养10 d后,用荧光显微镜观测标记菌在小麦体内的定殖规律并观察接菌植株的田间生长状况.结果显示,巴西固氮螺菌Yu62能定殖于小麦根毛区、茎组织的细胞间隙等部位,而且接菌小麦'小偃107'植株在根系发育、株高、分蘖数等方面比对照有较明显的优势.研究表明,巴西固氮螺菌Yu62能够定殖于小麦根茎内,并具有促进植物生长的作用.     

巴西固氮螺菌 Yu62 draTG 基因启动子区域的核苷酸序列及其功能分析

对巴西固氮螺菌ｄｒａＴＧ上游区域进行了全序列分析,结果表明该区域除了编码部分ｎｉｆＨ基因外（ｎｉｆＨ与ｄｒａＴＧ转录方向相反）,不编码任何其它已知的基因。但在该区域发现了一些可能的调控序列,它们包括上游激活序列（ＵＡＳ）、下游启动子组份（ＤＰＥ）和富Ａ＋Ｔ区。这说明：ｎｉｆＨ与ｄｒａＴ间的区域可能主要起调控功能而非编码功能;ｄｒａ操纵元的启动子很可能是ＲｐｏＮ－依赖型。用ｐＡＦ３００做载体,构建了     

巴西固氮螺菌 Yu62 draTG 基因启动子区域的核苷酸序列及其功能分析

对巴西固氮螺菌ｄｒａＴＧ上游区域进行了全序列分析,结果表明该区域除了编码部分ｎｉｆＨ基因外（ｎｉｆＨ与ｄｒａＴＧ转录方向相反）,不编码任何其它已知的基因。但在该区域发现了一些可能的调控序列,它们包括上游激活序列（ＵＡＳ）、下游启动子组份（ＤＰＥ）和富Ａ＋Ｔ区。这说明：ｎｉｆＨ与ｄｒａＴ间的区域可能主要起调控功能而非编码功能;ｄｒａ操纵元（ｏｐｅｒｏｎ）的启动子很可能是ＲｐｏＮ－依赖型。用ｐＡＦ３００做载体,构建了ｄｒａＴ∷ｃａｍ转录融合质粒ｐＡＴ１,并通过检测Ｃｍｒ以检测ｄｒａＴ在大肠杆菌和巴西固氮螺菌中的表达,结果表明ｄｒａＴ在ＬＤ丰富培养基上,好氧条件下,只在巴西固氮螺菌中才表达。这说明,ｄｒａＴ的转录需要某种大肠杆菌中没有的因子,同时也表明ｄｒａＴＧ上游区域有启动子功能。利用启动子探针质粒载体ｐＣＢ１８２,构建了ｄｒａＴ∷ｌａｃＺ转录融合质粒ｐＣＴ１。在大肠杆菌中测定肺炎克氏杆菌ＮｉｆＡ对ｄｒａＴ∷ｌａｃＺ的转录激活作用。结果表明ｎｉｆＡ并不参与ｄｒａＴ的转录调控。     

巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)Yu62的质粒及nifHDK基因的定位

对从北京郊区玉米根际分离到的巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilente)Yu 62的质粒进行了分离和检测,发现检测方法不同,得到的质粒数目也不同,用Kado法只发现一个大质粒,以pABm 1表示,其分子量约为1 20 Md;而用改良的Eckhardt方法,则发现有5个大质粒,分别以p&Bm l、pABm 2、pABm 3、pABm 4和pABm 5表示,它们的分子量分别约为120 Md、330 Md、360 Md、480 Md和900 Md,部是巨型质粒,用多种方法检测均未发现小质粒。应用生物素标记的孩酸杂交技术制备了Biotin-nifHDK探针,并对Yu62菌株的质粒及染色体片段进行了Southern印迹杂交和斑点杂交,杂交结果表明nifHDK基因定位于染色体上。     

巴西固氮螺菌Yu62 draTG基因及其下游区域的定位诱变分析

用卡那霉素盒（Ｋｍ－ｃａｓｓｅｔｔｅ）插入法,对巴西固氮螺菌（Ａｚｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍｂｒａｓｉｌｅｎｓｅ）Ｙｕ６２的ｄｒａＴＧ基因及其下游区域进行了诱变,并获得相应的突变株,研究表明ｄｒａＴ变突株的固氮酶活性不再受铵抑制,而ｄｒａＧ突变株在有铵时则丧失固氮酶活性,但当铵耗尽后却不能使像野生型菌株那样恢复活性,ｄｒａＴＧ下游区域突变株ＹＺ４（突变位点距ｄｒａＧ约２ｋｂ）在无氮及限铵条件下,其固氮酶     

巴西固氮螺菌Yu62由水稻和烟草根部向茎、叶的迁移运动

巴西固氮螺菌(Azospirillrm brasilence)是重要的植物促生内生菌之一.用gfp基因标记固氮螺菌后接种无菌的水稻和烟草幼苗的根部,限制培养一定时间后,用共聚焦激光显微镜观察,结果表明:除了根部有发荧光的螺菌定殖外,螺菌还分布在茎、叶的表皮细胞,皮层细胞和维管系统组织的细胞间隙.从根、茎、叶器官分离固氮螺菌,都存在有较高的螺菌群体密度.这一结果证明螺菌在植物内存在着从根部向茎、叶顶端的迁移现象.这一发现为研究巴西固氮螺菌在窠主植物体内的迁移运动的机制、与植物细胞间的分子相互作用及其对植物的促生作用奠定了生态学和细胞形态学的基础,也为实际应用提示了进一步的科学依据,具有重要的科学和实践意义.     

巴西固氮螺菌Yu62 draTG基因及其下游区域的定位诱变分析*

用卡那霉素盒(Kmr-cassette)插入法,对巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)Yu62的draTG基因及其下游区域进行了诱变,并获得相应的突变株。研究表明：draT变突株的固氨酶活性不再受铵抑制,而draG突变株在有铵时则丧失固氮酶活性,但当铵耗尽后却不能像野生型菌株那样恢复活性。draTG下游区域突变株YZ4(突变位点距draG约2kb)在无氮及限铵条件下,其固氮酶活性比野生型菌株的高,但其nifH-lacZ转录融合子的表达并不受影响,说明该区域可能有参与固氮酶活性水平调控的基因。     

氧对固氮螺菌(Azospirillum brasilense)Yu 62固氮酶活性的调节作用

本文研究了在好气条件下,在以谷氨酸为氮源的液体培养基中,固氮螺菌(Azospirllumbrasilense)Yu62固氮酶形成的条件及溶氧压对固氮酶活性的影响。厌氧使整体细胞固氮酶迅速失活;而见氧后固氮酶又重新恢复活性。Western blotting实验证实,这种可逆失活的分子基础,是由于固氮酶铁蛋白-亚基被修饰和去修饰。呼吸抑制剂KCN对固氮酶活性的抑制,亦是由于固氮酶铁蛋白被修饰。因此推论细胞内的能量状态可能是启动固氮酶活化酶系统的重要信号。谷氨酰胺合成酶的抑制剂MSX不能去除厌氧和KCN引起的抑制作用。结果表明：固氮酶活性的NH+4和厌氧关闭可能通过不同的机制起作用。     

固氮螺菌的固氮分子调控研究进展

本文对巴西固氮螺菌周氨基因的结构和调控进行综述。其固氮基因的调控可分为两种水平：通过DRAT-DRAG系统的翻译后水平和通过NifA蛋白的转录水平。通过NifA活性进行调控的机理目前尚不明了。     

巴西固氮螺菌中PⅡ和Pz在固氮调节中的不同使用

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3.7kgb/EcoRI PstI和3.7kb/SalI的两个不同的染色体片段上。用卡那霉素盒（Km^r-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^-,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。