陳三鳳教授課題組生物固氮調控機理研究取得重要進展

2020-12-02 中國農業大學

生物學院陳三鳳教授課題組在生物固氮調控機理研究方面取得重要進展，發現了一種獨特而新穎的固氮調控機制。陳三鳳教授課題組研究發現GlnR作為一種轉錄因子，同時正負調控固氮類芽孢桿菌中固氮基因的表達。有2個GlnR-binding sites分布於固氮基因簇（nifBHDKENXhesAnifV）啟動子上下遊。銨濃度低時，GlnR與啟動子上遊第1個位點結合激活固氮基因的表達；銨濃度高時，GlnR與啟動子下遊第2個位點結合抑制固氮基因的表達，這種抑制作用需要穀氨醯胺合成酶（GS）的協助。增加GlnR拷貝數或突變負調控結合位點，都能使固氮類芽孢桿菌在無銨和高銨（0-400 mM）條件下組成型表達。相關研究結果9月28日在《PLOS Genetics》雜誌在線發表（doi.org/10.1371）。該研究結果對固氮菌突破銨的抑制、構建抗銨菌株及田間應用具有重要的理論和實踐意義。生物學院畢業生王天舒博士和在讀博士生趙喜雲為該論文共同第一作者，陳三鳳教授為通訊作者。該研究獲得農業生物技術國家重點實驗室的大力支持，並得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金的資助。

 

 

近年來，陳三鳳教授課題組生物固氮研究取得了一系列重要進展。在此前研究中陳三鳳教授課題組還建立了國內外最大的固氮類芽孢桿菌資源庫，並定名發表了10個固氮類芽孢桿菌新種，通過比較基因組發現，由10個基因組成的最小固氮基因簇（nifBHDKENXhesAnifV） 保守存在於幾乎所有的固氮類芽孢桿菌中,該固氮基因簇是在進化過程中通過水平轉移而獲得（PLOS Genetics, 2014,10 (3): e1004231）；該固氮基因簇具有δ70型啟動子，完全不同於根瘤菌等革蘭氏陰性固氮菌的δ54型啟動子；將該最小固氮基因簇導入到大腸桿菌中能使後者獲得固氮能力（PLOS Genetics, 2013,9 (10): e1003865）。該最小固氮基因簇在擴大固氮菌的宿主範圍和轉基因植物等方面具有重要的應用價值。


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