武汉植物园等在根瘤菌-豆科植物共生阶段的重要基因挖掘中获进展

根瘤菌是一类广泛分布于土壤中的革兰氏阴性细菌，能够与豆科植物形成高度转化的共生关系，侵染豆科植物根部，形成根瘤，进而固定空气中的分子态氮以形成能够被植物利用的有机氮；根瘤菌从宿主植物中获取所需的光合产物。研究根瘤菌-豆科植物共生固氮体系及机理对农业可持续发展具有重要意义。近年来，得益于高通量DNA测序，科研人员发表较多根瘤菌的完整基因组，但分析验证关键基因的功能工作仍不足。

该研究运用Mariner转座子插入测序技术(INSeq)，分析根瘤菌-豆科植物共生过程中的连续生活方式阶段，首次明确根瘤菌在根际生长、根系定殖、侵染根毛细胞、形成根瘤、分化成固氮类菌体和从根瘤中释放各个阶段的必需基因。虽然只有27个基因被注释为固氮基因(nif和fix)，但是研究人员发现有603个基因区域是豌豆结瘤和固氮过程中的必需基因。其中，146个基因是根际生长到类菌体发育阶段的必需基因，这些基因凸显根际环境中的竞争对后期侵染及结瘤的重要性；211个基因是结瘤和类菌体阶段的特异基因，主要为菌体运动、细胞膜重组、结瘤信号转导、固氮和代谢适应(包括尿素、赤藓糖醇和醛代谢、糖原合成、二元酸代谢和谷氨酰胺GlnII合成)等功能相关基因。

(中国科学院网)