百脉根根瘤菌与宿主共生固氮过程中时序性表达基因的筛选及功能研究

通过采用新颖的基于抗生素抗性的体内表达技术筛选的方法(RIVET)及改良的该方法获得中慢生型百脉根根瘤菌NZP2213菌株在与宿主植物共生固氮过程关键阶段时序性表达即体外不表达体内先表达随后不表达的基因（irir gene），对筛选获得的基因进行遗传学分析，以了解这些基因在根瘤菌与宿主植物相互作用时的生理功能，并通过基因敲除及转录调控等手段获得该基因的相关调控基因，并对相关基因的生理功能和生物学意义进行研究，同时在不同属的模式种根瘤菌中研究其生理功能及其多样性，从而获得根瘤菌中相关基因在共生固氮中的分子机理及其作用的模型，为更加深入地了解根瘤菌－豆科植物共生体系形成的机理，更好地了解和利用生物固氮提供理论依据。

本项目针对根瘤菌与宿主相互作用过程中与共生固氮相关的基因表达情况进行分析，阐明这些基因在根瘤菌共生固氮过程中发挥的生理作用，揭示根瘤菌与宿主植物共生过程中重要的菌植互作过程的分子机制。因为菜豆根瘤菌的遗传背景清楚，因此项目主要以该菌株为研究对象，采用新颖的活体条件下基因差异表达筛选的方法（IVET），获得了氨基酸转运、代谢相关基因，鞭毛合成与运动相关基因，并对实验室前期筛选获得抵抗宿主免疫系统相关的刀豆氨酸转运系统，根瘤菌群体感应系统等进行了研究，发现这些基因对根瘤菌的共生固氮能力均有不同程度的影响，此外项目发现了根瘤菌的结瘤基因受宿主胁迫而倾向于回复突变，缺失了结瘤基因的根瘤菌能伴随着野生型菌株共同侵染豆科植物，而固氮基因的缺失菌株作为cheater在共生固氮过程中分享其它根瘤菌的公共养分以自由生长状态存活。同时研究中发现宿主植物的类黄酮类信号分子不仅能激活根瘤菌结瘤基因的表达，还能与LysR家族蛋白AhaR结合从而激活整合酶的表达，促进根瘤菌结瘤基因的水平转移。项目中这些发现揭示了根瘤菌与宿主相互作用过程中存在复杂的分子信号调控方式，并且宿主的信号分子对根瘤菌的共生过程发挥着重要的作用。