【摘 要】
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根瘤菌可以通过特有的共生基因（nod/nif）实现其与特定豆科宿主形成根瘤并固氮以建立互惠的共生关系。利用这种共生关系,人们可以对豆科作物或牧草接种根瘤菌以达到提高产量和品质、减少工业氮肥使用的目的。在当前的农业生产中,筛选竞争力强、固氮效率高的菌株仍是根瘤菌剂推广的核心难题。共生固氮效率的高低,主要取决于根瘤菌能否有效协调自身代谢网络与宿主细胞内共生环境相适应。本研究选择Sinorhizobiu
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根瘤菌可以通过特有的共生基因（nod/nif）实现其与特定豆科宿主形成根瘤并固氮以建立互惠的共生关系。利用这种共生关系,人们可以对豆科作物或牧草接种根瘤菌以达到提高产量和品质、减少工业氮肥使用的目的。在当前的农业生产中,筛选竞争力强、固氮效率高的菌株仍是根瘤菌剂推广的核心难题。共生固氮效率的高低,主要取决于根瘤菌能否有效协调自身代谢网络与宿主细胞内共生环境相适应。本研究选择Sinorhizobium fredii CCBAU45436与栽培大豆宿主为材料围绕转录调控因子MucR1研究特定体系下该蛋白对共生固氮效率的影响及调控机制。MucR/RosR蛋白家族是一类含有C2H2锌指结构的转录调控蛋白,广泛分布于α-/δ-变形菌纲的原核生物中。MucR是一个多效转录调控因子,参与细菌中多种生理过程的调控,如胞外多糖合成、趋化运动、宿主侵染等。本实验前期工作表明,MucR1的缺失会导致S.fredii CCBAU45436细胞表面多糖合成减少,生长速度变慢。本文进一步研究发现,mucR1突变株与多种豆科宿主形成的根瘤存在严重的共生固氮缺陷。通过序列分析及基因回补实验证明,mucR1突变株的Fix-表型依赖于其同源拷贝mucR2的自发移码突变。为阐明MucR1在.fredii CCBAU45436共生固氮中的调控作用,本研究采用RNA-seq技术分析了mucR1缺失导致的自生与共生条件下转录谱变化。与此同时,利用ChIP-seq技术鉴定了两种条件下MucR1在基因组上的结合位点及直接靶基因。基于高通量测序数据分析以及体外生化和遗传学实验证据表明:（1）MucR1对于维持共生固氮的ABC转运子（Fe,Mo,S,P,Zn等）而非固氮基因（nif/fix）本身的激活表达是必需的;（2）MucR1是一个多级、多效的转录调控因子,其缺失引起的转录谱变化展现出显著的条件依赖性;（3）MucR1偏好性结合富含AT的序列,其靶基因大都是通过水平转移获得的外来基因;（4）MucR1主要以负调控的方式调控其靶基因;（4）MucR1靶基因在转录调控和信号转导两个功能类别显著富集,过表达某些受MucR1直接负调控的LuxR蛋白会抑制结瘤（Nod-）。本研究初步揭示了 MucR1在共生固氮过程中的调控作用,更重要的是将MucR1这一古老的锌指蛋白重新定义为一个外来基因沉默子,对进一步探究根瘤菌-豆科植物的共生体系的调控网络以及根瘤菌基因组的进化具有重要意义。
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