根瘤菌-豆科植物共生階段的重要基因挖掘獲進展

2021-01-08 生物谷

 

根瘤菌是一類廣泛分布於土壤中的革蘭氏陰性細菌，能夠與豆科植物形成高度轉化的共生關係，侵染豆科植物根部，形成根瘤，進而固定空氣中的分子態氮以形成能夠被植物利用的有機氮；根瘤菌從宿主植物中獲取所需的光合產物。研究根瘤菌-豆科植物共生固氮體系及機理對農業可持續發展具有重要意義。近年來，得益於高通量DNA測序，科研人員發表較多根瘤菌的完整基因組，但分析驗證關鍵基因的功能工作仍不足。

該研究運用Mariner轉座子插入測序技術（INSeq），分析根瘤菌-豆科植物共生過程中的連續生活方式階段，首次明確根瘤菌在根際生長、根系定殖、侵染根毛細胞、形成根瘤、分化成固氮類菌體和從根瘤中釋放各個階段的必需基因。雖然只有27個基因被注釋為固氮基因（nif和fix），但是研究人員發現有603個基因區域是豌豆結瘤和固氮過程中的必需基因。其中，146個基因是根際生長到類菌體發育階段的必需基因，這些基因凸顯根際環境中的競爭對後期侵染及結瘤的重要性；211個基因是結瘤和類菌體階段的特異基因，主要為菌體運動、細胞膜重組、結瘤信號轉導、固氮和代謝適應（包括尿素、赤蘚糖醇和醛代謝、糖原合成、二元酸代謝和穀氨醯胺GlnII合成）等功能相關基因。研究強調根瘤菌與宿主豆科植物共生的多個階段競爭的重要性，有利於深入了解兩者間的互作機理。

相關研究成果以Lifestyle adaptations of Rhizobium from rhizosphere to symbiosis為題，發表在PNAS上。牛津大學植物系教授Philip Poole團隊及中科院武漢植物園植物種質創新與特色農業重點實驗室、武漢植物園為論文的共同完成單位，武漢植物園獼猴桃種質資源與育種學科組副研究員李黎為論文的共同第一作者。研究工作得到國家公派留學基金項目的支持。 (生物谷Bioon.com）

 

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    關於本書（譯自英文版序）：    要想研究豆科植物/根瘤菌共生關係，就需要理解分離根瘤菌的方法和根瘤菌的相關特徵。與此前人們所知道的根瘤菌範疇相比，大量結瘤細菌的發現，說明即使是簡單的根瘤菌分離工作，也需要認真對待，不能忽視了不常見的根瘤菌。根據早期出版物的豐富經驗，本書將為讀者提供最新的研究根瘤細菌的方法，既包括對自生狀態細菌的研究，也包括對共生狀態的類菌體的研究。在每一章節中，我們將先介紹如何研究這一共生體系的核心思想和技術概覽，然後再提供詳細的操作方法，並指出可能會遇到的問題和缺陷。
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