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.     

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。     

根瘤菌结瘤基因及结瘤竞争研究的新进展

根瘤菌作为一个重要的土壤微生物类群,日益受到人类的重视。近廿年来,对根瘤菌本身及根瘤菌-豆科植物共生体系的研究发展很快。本文仅就根瘤菌结瘤基因及结瘤竞争研究的新进展作一简略介绍。根瘤菌中最重要的两个基因是固氮基因(n(?))和结瘤基因(nod)。过去若干年里对nif基因做了大量的研究,取得了重要的成果。对它们的研究目前仍在继续深入。比起nif基因,对结瘤(nod)基因的研究处于起始阶段,但进展很快。这可以从几个方面反映出来。     

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。     

结瘤素及其基因表达

一、前言: 根瘤菌与豆科植物相互作用产生固氮根瘤要经过一系列复杂的过程,这些过程中涉及到许多植物及根瘤菌基因的表达。在根瘤菌方面,除有编码固氮酶的基因以及参与其表达调节的nif、fix基因外,还需要有参与结瘤过程的nod基因及参与细菌胞外。多糖合成的exo基因,这些基因的任何一个发生变异都会影响共生固氮过程。     

生物固氮

922230通过诱变、基因工程和配方改进根瘤菌接种物〔英〕/Paau,A.5.…了Bioteehnol.Ady一1901,。(2)一173一184〔译自DBA,1991,10(23),91一13543) 就以下方面综述了用于固氮的根瘤菌(Rh玄:-。从。m Spp.)菌株的改良:通过诱变改良菌株;根瘤菌菌株的遗传工程;固氮nif和fix基因,结瘤nod基因;底物传递和利用;竞争性与结瘤,其它有价值性状;和配方。导入另外的ni fA序列的根瘤菌已用于提高首蓓产量。鉴互定的nif和fix启动子可使克隆的外源基因在共生条件下在固氮菌中选择性表达,例如苏云金芽抱杆菌(Ba叭U:s林,,‘。夕艺eos‘。var.te:eb:‘o…     

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。     

与结瘤基因nodF的启动子相互重叠的启动子起始一个RNA分子的转录(英文)

在根瘤菌中 ,结瘤基因的表达受到转录水平上复杂的调控。通过体外转录、引物延伸等一系列实验在豌豆根瘤菌中发现一个与结瘤基因nodF的启动子相互重叠 ,但转录方向相反的启动子 ,该启动子特异起始一个新的RNA分子———px2 的转录。Northern印迹确定 px2 的长度为 0 .72kb ,并且证明 px2 的转录是依赖于根瘤菌的与E .coliσ70 同源的sigma因子。px2的转录启始位点在体内、体外均相同 ,它坐落在结瘤基因顺式元件的“nodbox”内。进一步发现 px2 的体外转录受到一个参与结瘤基因调控的蛋白———Px的抑制。有结果显示 ,px2 影响结瘤基因的表达     

紫花苜蓿内生和非内生根瘤菌多样性及共生差异

【背景】对根瘤菌多样性的研究有助于推进根瘤菌种质资源的利用。【目的】研究紫花苜蓿内生和非内生根瘤菌的表型和遗传多样性,比较菌株在5个苜蓿品种上的共生效应,验证根瘤菌群体共生效应由苜蓿品种决定的假设。【方法】从甘肃省白银会宁旱作区、兰州安宁灌区、武威凉州灌区3个栽培区域的陇中、清水、WL168HQ、甘农3号、甘农9号等紫花苜蓿品种中分离内生(植株种子、花、叶、茎、根表皮、根中柱和根瘤)和非内生(根际土壤和田间土壤)根瘤菌菌株,通过表型数值分类、 16SrRNA基因限制性片段长度多态性(Restrictionfragmentlengthpolymorphism,RFLP)、16S rRNA基因测序、持家基因多位点序列分型(Multilocus sequence typing,MLST),以及结瘤基因nodC和固氮基因nifH片段序列测定,研究紫花苜蓿根瘤菌的表型和遗传多样性,并采用主成分分析研究根瘤菌菌株在5个紫花苜蓿品种上的共生效应差异。【结果】共分离得到43株内生根瘤菌和10株非内生根瘤菌,叶片和花中没有分离到根瘤菌菌株。53株根瘤菌以及对照菌株R.GN5和S.12531表型特征数值分类聚为8个群,菌株表型多样性丰富。经16SrRNA-RFLP分析共形成22种RFLP分型组合,基因型Ⅰ分布最广泛(24),其次为基因型Ⅻ(5)、ⅩⅤ(5)和ⅩⅨ(3),其余16株菌各代表1种基因型,菌株遗传多样性丰富。16S rRNA基因测序和MLST分析将所有菌株划分为Rhizobiumradiobacter、R.rosettiformans和Ensifermeliloti。仅从7株E.meliloti代表菌株和对照菌株S.12531中扩增到nodC和nifH基因,说明E.meliloti菌株均能结瘤固氮。E.meliloti菌株G3L3接种甘农3号,LP3、LL1和LL2接种陇中,QL2接种清水,LL1、LL2和WLP2接种WL169HQ苜蓿均能显著促进植株的单株结瘤数、地上干重和粗蛋白含量。E.meliloti菌株接种甘农3号、甘农9号和清水苜蓿品种后所有参数值在PC1轴上分别聚在-1-1之间,在PC3轴上聚在-1.5-1.5之间;接种陇中和WL168HQ苜蓿的参数值较分散,PC1轴上分散在-1.5-4之间,PC3轴上分散在-3-4之间。【结论】紫花苜蓿内生和非内生根瘤菌菌株多样性丰富,表型和遗传多样性与其来源没有直接关系。菌株G3L3与甘农3号,LP3、LL1、LL2与陇中,QL2与清水、LL1、LL2、WLP2与WL169HQ苜蓿品种共生匹配和适应能力强。在甘农3号、甘农9号和清水紫花苜蓿品种上群体共生效应相似,在陇中和WL168HQ紫花苜蓿上共生效应差异明显。本研究内生和非内生根瘤菌菌株的群体共生效应根据苜蓿品种而定,根瘤菌菌株与苜蓿品种间的信号识别程度存在差异。     

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。     

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。     

硝酸盐调控豆科植物与根瘤菌共生固氮的机制研究

氮是植物生长发育所需的大量营养元素之一。硝态氮不仅可以被植物直接吸收利用,还可以作为重要的信号分子调控植物对氮素的响应、吸收、代谢相关基因的表达,从而影响植物的生长和发育。豆科植物可以通过与根瘤菌共生互作来获得生长所需的氮,但共生固氮是一个耗费植物能量的过程。当土壤中存在高浓度的氮素时,氮作为信号分子会影响共生固氮基因的功能从而抑制共生固氮过程。目前的研究表明,硝酸盐通过局部和系统的调控方式抑制共生固氮过程;结瘤自主调控(Autoregulation of nodulation,AON)和NLPs(NIN-like proteins)转录因子在硝酸盐抑制豆科植物根瘤形成中有着重要的作用。本文结合最近的研究进展,重点讨论NLPs转录因子和AON途径在硝酸盐抑制共生固氮过程的作用。     

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。     

固氮作用

863252一种与菜豆根瘤菌基因连接的质粒psi抑制产生外多糖并且是共生固氮所需要的〔会,英〕/Borthakur,D.…厂Abs,6thl:卜ternatl.Syrn.NitrogenFixation一1985,9一03 菜豆根瘤菌(Rhi:obium力haseoli)一个菌株在消除了其共生质粒pRPZ月之后,保持制造外多糖(EPS)的能力。但是,pRPZJI的一段,当以增加的拷贝数克隆在广范宿主载体中并转移到这个或别的根瘤菌菌株中时,抑制了EPS合成。这种基因称为Psi(抑制多糖)并定位于共生质粒中靠近结瘤和固氮基因的一个区段。Psi在共生作用中是重要的,因为一株含有克隆在多拷贝质粒上的PSi的野生菌…     

钙离子对紫花苜蓿及苜蓿根瘤菌耐酸能力的影响

土壤酸性是阻碍苜蓿根瘤菌与其宿主紫花苜蓿之间高效共生固氮的重要环境因子.本文研究了Ca2 对紫花苜蓿及苜蓿根瘤菌耐酸能力的影响.结果表明:加入一定浓度的Ca2 (5和10mmol·L-1)能提高苜蓿根瘤菌的生长速率,使苜蓿根瘤菌提前进入对数生长期.中性pH条件下,Ca2 的加入对苜蓿根毛变形率无显著影响;低pH条件下,加入2、5和10mmol·L-1的Ca2 均可提高根毛变形率,Ca2 浓度越高,其影响越显著,说明低pH下Ca2 可能会促进苜蓿根瘤菌与其宿主之间的识别.低pH条件下加入Ca2 可以使苜蓿结瘤提前,结瘤率提高;结瘤动力学检测结果表明,加入一定浓度的Ca2 可以使同期结瘤数增加,越是结瘤后期,环境pH越低,这种表现越明显.     

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.     

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。     

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.     

中国温带地区根瘤菌与山黎豆和棘豆的新共生组合

采用16S rDNAPCR—RFLP,16S－23S IGS RCP—RFLP,TP－RAPD,MLEE,16S rDNA和持家基因序列分析（atpD,recA和glnⅡ）等多种方法研究了50株分离自中国北方地区的山黎豆属（Lathyrus）和棘豆属（Oxytropus）植物根瘤菌的遗传多样性和系统发育关系．结果表明,山黎豆属植物主要与根瘤菌属（Rhizobium）结瘤,而棘豆属植物主要与中华根瘤菌属（Sinorhizobium）结瘤．一个与蚕豆根瘤菌（R．fabae）相近的根瘤菌种群和苜蓿中华根瘤菌（s．meliloti）分别被鉴定为山黎豆和棘豆在本地区的主要共生细菌,而这两个根瘤菌一豆科植物的组合还没有在其他地区被发现．这些结果扩展了与该两属植物共生的细菌谱,并为根瘤菌的生物地理学研究提供了新证据．     

沙棘——弗氏放线菌共生固氮体系研究——Ⅰ环境因子影响沙棘结瘤和生长

环境因子包括盐度、pH值、化合氮和磷素供给显著影响了Frankia菌株Hr32对水培沙棘小苗的侵染结瘤。沙棘能在0.8％盐度下生长但受抑,0.2％盐度下开始有根瘤发生,0.1％盐度下结瘤较好。Hr32纯培养下耐盐力不强,0.5％盐度下已不能生长,导致了高盐浓度下不能结瘤。pH=7.0—8.0为沙棘结瘤最佳范围,pH值高至9.0或低至4.2,沙棘不能结瘤。低磷供给限制了根瘤发生,当供给10ppm或更高的磷时,沙棘成功结瘤。低于6ppm化合氮供给促进结瘤,当供给16ppm化合氮时,结瘤完全抑制。结瘤使沙棘获得近二倍的增长效果,水培条件下人工根瘤活性低于自然生境根瘤。结瘤使沙棘的落叶延迟。