根瘤菌转录因子RluD基因突变抑制大豆共生结瘤

[目的]研究根瘤菌自身转录因子RluD在大豆共生结瘤中的作用,[方法]利用三亲杂交对根瘤菌RluD突变体进行构建,并利用PCR和qRT-PCR对突变体进行验证。利用大豆结瘤实验,测定RluD突变对根瘤菌结瘤能力的影响。最后,利用转录组对RluD突变所影响的信号通路进行了研究。[结果]根瘤菌转录因子RluD突变能够抑制根瘤的产生,显著降低大豆植株根瘤数和根瘤干重,根瘤数由每株17.0下降到12.0,根瘤干重由每株24.0 mg下降到18.0 mg。表达量分析表明,在大豆共生结瘤过程中RluD所调控的基因能够参与到大豆的免疫信号途径。转录组结果表明,转录因子RluD主要参与根瘤菌ABC转运,鞭毛组装,胞外多糖生物合成,细菌分泌系统,碳代谢等通路。[结论]根瘤菌转录因子RluD能够正调控大豆共生结瘤,其突变情况下能够降低29.4%的根瘤数和25.0%的根瘤干重。     

根瘤菌脂壳寡糖结瘤因子研究概况

共生固氮是根瘤菌与豆科植物相互作用的结果,它在农业上有重要意义。结瘤与固氮包括一系列复杂的生物学过程,它涉及微生物与植物间专一性识别、信息交换和基因协同表达等方面。近些年研究已经揭示出根瘤菌与豆科植物相互作用分子基础的基本框架。在根瘤的形成过程中,植物与根瘤菌之间首先进行信息交换,促使根瘤菌产生脂壳寡糖类物质。这类脂壳寡糖类物质能引起植物形成根瘤,因此被称为脂壳寡糖结瘤因子（Ｌｉｐｏｃｈｉｔｉｎｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ）或结瘤因子（ｎｏｄｆａｃｔｏｒｓ）［１］。脂壳寡糖结瘤因子的发现、结…     

根瘤菌的结瘤基因与结瘤因子

根瘤菌的结瘤基因与结瘤因子郭先武（华中农业大学农业部农业微生物重点实验室武汉４３００７０）根瘤菌侵染豆科植物形成根瘤,并合成ＮＨ３供植物利用,其自身也在植物环境中得以有效延续。这就是根瘤菌与宿主植物的共生关系。形成共生关系的基因分成三类［７］,一类是...     

根瘤菌结瘤因子的结构和功能

结瘤因子是根瘤菌分泌的寡糖,它作为外在信号,诱发宿主植物根部各种生理反应。引起根毛变形,诱导皮层细胞分裂,形成根瘤原基,作者主要就这一早期结瘤过程中结瘤因子的结构和功能作一综述。     

豆科植物共生结瘤的分子基础和调控研究进展

豆科植物与根瘤菌共生互作的结果导致了一个新的植物器官――根瘤的形成, 根瘤菌生活在根瘤中, 它们具有将氮气转化为能被植物同化的氨的能力。该文阐述了根瘤的形成过程和类型, 并主要以模式豆科植物蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)和日本百脉根(Lotus japonicus)为例, 对近年来共生结瘤过程中宿主植物对根瘤菌结瘤因子的识别和信号传递、侵入线形成和固氮的分子基础, 以及宿主植物对根瘤形成的自主调控机制、环境中氮素营养对结瘤的影响研究进行了综述, 指出当前豆科植物与根瘤菌共生互作研究存在的问题, 并对今后的研究方向作了分析与展望。     

根瘤菌NOD因子的感知与信号传导

根瘤菌是一类引起豆科植物结瘤固氮的土壤细菌。根瘤中的类菌体固定空气中的氮气为宿主植物提供充足的氮源。共生体系的建立始于细菌与宿主植物间复杂的信号交换过程。植物产生类黄酮诱导相应的根瘤菌合成分泌结瘤因子 ,后者进而诱导宿主植物根系形态变化以及早期根瘤素基因表达。以下将就宿主植物结瘤因子的特异识别和早期信号传导进行讨论。     

根瘤菌结瘤基因研究的新进展

简要综述了目前根瘤菌结癌基因研究的3个热点方向,即结瘤因子、nodlD基因的调控和结瘤基因系统发育分析的新进展。结瘤因子的骨架核心是结瘤基因中的共同性基因nodABC表达的产物,宿主专一性基因则进行骨架结构的修饰,所形成的特异性结瘤因子是根瘤苗宿主范围的主要决定因素。结瘤调控基因nodD的作用方式与其存在的拷贝数目和产物NodD蛋白活性有关,同时NodD的敏感性还影响到根瘤菌的宿主范围。结瘤基因的系统发育揭示出根瘤菌宿主范围与共同性结瘤基因间比其它基荫的相关性更高。结瘤基因与豆科宿主之间存在一定的共进化关系。     

紫云英根瘤菌结瘤因子的初步研究

最近的研究结果表明,豆科植物与根瘤菌的共生识别是一种双向的信号物质交换过程.首先是豆科植物的根或种子分泌类黄酮物质,诱导根瘤菌的结瘤基因(nod genes)产生结瘤因子(nod factors),分泌到胞外,为植物所接受,从而引发植物某些基因表达,细胞分化,细胞壁形成,最终导致根毛变形等一系列变化.已经测定了几种苜蓿根瘤菌(Rhizobium meliloti)和豌豆根瘤菌(R.leguminosarum bv.viciae)结瘤因子的分子结构式,它们均属于寡糖胺类物质,在没有根瘤菌存在的条件下,结瘤因子能独立地促使根毛发生变形,这是检测结瘤因子是否存在的重要手段,即根毛变形试验(Root hairdeformation assay,简称Had试验).高浓度的结瘤因子甚至能诱导植物产生空瘤,其组织结构与典型的根瘤相同.     

高氮抑制豆科植物结瘤固氮机制研究进展

豆科植物通过与根瘤菌共生,形成根瘤并进行生物固氮。豆科植物的结瘤固氮作用在农业上具有减肥增效、改良土壤等重大意义。然而,高氮会抑制豆科植物结瘤固氮,形成"氮阻遏"效应。着重论述了高氮抑制豆科植物结瘤的分子机制,包括氮素通过结瘤自调控AON(Autoregulation of nodulation)信号、NLP(NIN-like protein)转录因子、植物激素信号等途径抑制根瘤数目和发育的最新进展;并探讨了高氮抑制根瘤固氮活性的假说及争议,包括亚硝酸盐毒性和碳饥饿等,以期为提高豆科植物应对"氮阻遏"效应提供理论基础。     

根瘤菌菌株的结瘤拮抗性:一种定量研究

当二个或二个以上根瘤菌菌株在形成根瘤发生拮抗时,每一个菌株形成的根瘤数量依赖于菌株的拮抗性和每一菌株活菌的相对数量。为了预告一个接种菌株的成功结瘤,必须知道接种剂与土壤中的根瘤菌的比例以及接种菌株形成的根瘤比例关     

果胶菌加根瘤菌诱发油菜结瘤固氮的研究

用果胶细菌(pectin—lytic bacterium)处理油菜幼根,使根瘤菌(Bradyrhizobium spp.Arachis)侵入油菜并结瘤.试验表明,根瘤菌侵入油菜根细胞,且形成含根瘤菌的根瘤,结瘤率为31.25%。从这些根瘤中分离出的菌株,成功地回接到原寄主之上;血清学方法测定油菜根瘤分离物与原接种的根瘤菌起凝集反应。根瘤石蜡包埋切片观察,结果是根瘤细胞内充满了细菌。乙炔还原法测定出低固氮酶活性(0.17—3.43nmC_2H_4/株/小时);酰脲分析结果其相对酰脲丰度为0.1—3.58%。     

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。     

桂西北喀斯特常见豆科植物根瘤菌的遗传多样性

调查了桂西北喀斯特24种常见豆科植物的结瘤情况及特征,并从15种宿主植物上获得39份根瘤样品,提取根瘤基因组DNA,扩增16S rDNA和nifH基因,构建系统发育树,对根瘤菌遗传多样性进行了研究.结果表明: 有15种豆科植物是结瘤的,其中14种为蝶形花亚科,1种为含羞草亚科,而云实亚科未发现结瘤.一些本应结瘤的植物未发现根瘤,可能与喀斯特土壤的保水性差有关.BLAST和系统发育分析结果均显示,来源于多种豆科植物的根瘤菌均归属于慢生根瘤菌属,仅有2个亮叶崖豆藤样品的根瘤菌归属于中慢生根瘤菌属.在系统发育树上,来源于同一地点或同一宿主植物的根瘤序列均表现出一定的聚集性,说明共生根瘤菌的种类可能受宿主植物及所处生态环境的共同影响.     

氮素调控花生共生结瘤的机制研究进展

氮是花生生长发育所需的大量元素,共生结瘤固氮是花生获取氮素的主要方式之一。花生共生结瘤固氮涉及复杂的调控机理,揭示氮素对根瘤固氮的调控机制对发挥生物固氮潜力具有重要意义。本文系统总结了花生根瘤形成的“裂隙侵染”机制、花生共生结瘤和数量调控的机制以及氮素影响花生结瘤的调控机制。目前,氮素影响慢生根瘤菌与花生互作进而调控结瘤的分子机理尚不清楚,因此未来的研究重点应该集中在氮素影响花生慢生根瘤菌与花生的信号交流、根瘤数调节和营养交换机制等方面,为提高花生结瘤固氮效率和产量、减少化学氮肥施用提供理论基础。     

费氏中华根瘤菌共生质粒扩增对结瘤因子组分和共生固氮能力的影响

费氏中华根瘤菌(Sinorhizobium fredii)YC4能在大豆(Glycine max)和野大豆(G．soja)上形成正常固氮的根瘤．人工培养条件下用^14C标记的薄层层析(TLC)法检测根瘤菌产生的结瘤因子(LCOs)的结果表明,与其它4株费氏中华根瘤菌相比,YC4产生的LCOs含有较多的疏水性基团．从YC4菌株中分离到1株共生质粒发生了扩增的自发突变株YSC3,其产生的LCOs中含有较野生型菌株多的1个疏水性组分,28℃培养条件下产生的LCOs量亦较YC4显著增加．结瘤试验结果表明,YSC3菌株只能在大豆和野大豆上形成无效的根瘤．     

转座子Tn5-Mob对菜豆根瘤菌共生基因的诱变、转移和初步定位

转座子Tn5-Mob在质粒RP4-4配合下能诱动(Mobilization)菜豆根瘤菌RCR3622内源质粒的诱动转移。在种间根瘤菌杂交过程中,二个巨型质粒的转移频率均大于10~(-3);分子量约为285kb的psym3622是带有结瘤(nod)和产黑素(mel)基因的共生质粒(Symbiotic plasmid);这二个基因的最大距离不超过70kb左右。另一个分子量约为135kb的质粒在试验中为不具结瘤功能的隐蔽质粒。将psym3622共生质粒导入不结瘤(Nod-)的豌豆根瘤菌菌株B151,能够使后者在菜豆植物上表达结瘤的特性,形成无效根瘤。将psym3622共生质粒导入不结瘤的菜豆根瘤菌菌株JI8400,能够在菜豆植物上形成正常发育的有效根瘤。     

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。     

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。     

1株高效花生根瘤菌的筛选与鉴定

从辽宁多地花生种植土壤及其鲜根瘤初步筛选到30株花生根瘤菌,进一步通过回接盆栽花生,测定花生根瘤数、根瘤干重,以及鲜根瘤固氮酶活性、植株全氮量等,筛选出1株结瘤固氮能力较强花生根瘤菌wz-6,通过16S rDNA序列分析,鉴定为圆明慢生根瘤菌(Bradyrhizobium yuanmingense)。为开发优质花生根瘤菌菌剂奠定基础。     

银合欢和苏门答腊金合欢根瘤菌的分离和回接

从银合欢和苏门答腊金合欢的根瘤各分离出三个快生型的根瘤菌,对其形态作了初步的观察。这些根瘤菌可能是同一族的,它们对其寄主植物进行回接和互接均能引起银合欢和苏门答腊金合欢结根瘤,互接形成的根瘤形态与寄主植物的根瘤相同;箭舌豌豆和武宁苕子的根瘤菌不能引起银合欢和苏门答腊金合欢植株结根瘤;分离得到的根瘤菌对银合欢和苏门答腊金合欢均有反馈的增益作用,几个生物学指标均比对照的高;在无菌条件下,全氮培养抑制了根瘤菌对寄主植物结瘤,琼脂固体培养的植株根瘤固氮活性比沙培、水培的高。