Bradyrhizobium diazoefficiens 4534和4222菌株選擇性結瘤的分子生物學機理比較研究.pdf

1、根瘤菌選擇性結瘤的分子機理是長期關注的熱點，也是制約根瘸菌發(fā)揮固氮應用潛能的關鍵所在。多年的研究初步掌握了根瘤菌選擇性結瘤的基本過程及其影響因子，并獲得了多個與根瘤菌共生、固氮和選擇性結瘤相關的基因。但是對根瘤菌株基因之間的相互聯(lián)系、菌株基因的遺傳、調控和表達差異以及基因與宿主的相互作用等方面缺乏全面系統(tǒng)的了解。本研究以與大豆品種中黃13存在結瘤能力顯著差異的Bradyrhizobium diazoefficiens的兩株菌為材料，在比

2、較基因組學的基礎上，采用比較蛋白質組學和轉錄組學方法進行了大豆根系分泌物處理下的蛋白表達和基因表達差異分析，以進一步揭示根瘤菌的選擇性結瘤機理及其主要影響因子。本研究取得主要結果如下:
　　1.本研究設計并改進了一種高效促進大豆結瘤的大豆根系分泌物的制備方法。根瘤菌誘導試驗的難點之一就是如何獲得有效的大豆根際分泌誘導物，這是保證后續(xù)研究結果準確、可靠的關鍵因素。經過反復試驗設計、改進并最終獲得了一種高效促進大豆結瘤的大豆根系分泌物

3、的制備方法，提高了分泌物的收集提取效率。應用上述所建立的技術方法成功收集了中黃13的根系分泌物，經其誘導后菌株的蛋白質組和轉錄組分析結果證明，所建立根系分泌物制備可行高效。
　　2.完成了B.diazoefficiens4534和B.diazoefficiens4222基因組測序，初步了解了它們的基因組特性。基因組分析表明它們均由一個單復制子構成，染色體上各含有三個核糖體操縱子，G+C含量分別為65.0％和64.9％，基因的平均長

4、度分別為903 bp和901 bp，分別預測出8072個和8233個ORF;但兩基因組中均有近一半未知功能的ORF，為系統(tǒng)分析根瘤菌基因信息帶了一定困難;分析發(fā)現(xiàn)兩菌株間在直系統(tǒng)同源基因上有大量差異，這可能與結瘤差異等過程相關。
　　3.首次從比較基因組層面較深入系統(tǒng)揭示了大豆根瘤菌B.diazoefficiens4534和B.diazoefficiens4222選擇性結瘤能力差異的可能分子差別。比較分析基因組發(fā)現(xiàn)這兩菌株間存在大

5、量差異直系統(tǒng)同源基因，顯示它們選擇性結瘸能力差異的可能分子差別，主要涉及脯氨酸代謝、甘露醇、磷酸鹽和鉬轉運蛋白、群集效應和IAA代謝等過程。這可能是含有更多功能基因的B.diazoefficiens4534菌株具有更高的選擇性結瘸能力的潛在原因。
　　4.較全面開展了大豆根瘤菌B.diazoefficiens4534和B.diazoefficiens4222選擇性結瘤分子機理的蛋白質組學分析，結果表明:在大豆根系分泌物的處理下，菌

6、株4534有65個差異表達蛋白，菌株4222有29個差異表達蛋白。與菌株4222相比，菌株4534產生更多種類和數(shù)量上的差異蛋白;差異蛋白的分析推斷，可能是S-腺苷甲硫氨酸合成酶（SAMS）、PhyRσEcfG調節(jié)子、ABC轉運蛋白、鞭毛蛋白、分子伴侶、與氧化還原狀態(tài)維持相關的蛋以及一些未知蛋白使得B.diazoefficiens4534具有更高的選擇性結瘤能力;大豆根系分泌物的作用不僅局限于對大豆根瘤菌結瘤基因表達的誘導，還與新陳代謝

7、和環(huán)境適應相關的蛋白/酶的表達正相關。
　　5.完成了B.diazoefficiens4534和B.diazoefficiens4222轉錄組分析，結果表明:在根系分泌物的誘導下菌株4534有457個顯著差異表達基因，其中上調基因253個，下調基因204個。而菌株4222只有293個顯著差異表達基因，其中上調基因108個，下調基因185個;兩菌株差異表達基因的GO功能富集分類、代謝途徑分析和KEGG富集分析結果顯示，在根系分泌物的