费氏中华根瘤菌多效转录调控因子MucR1对共生固氮的调控机制

Bacteria could be conferred the potential of symbiotic nitrogen fixation with certain legumes through the acquisition of key symbiosis genes (nod/nif), though the symbiotic nitrogen-fixing efficiency could be affected by other functional genes in the genomic background. To uncover these regulators is not only helpful for revealing the entire regulation network of symbiotic nitrogen fixation and its evolutionary mechanism, but also useful for guiding the practices of improving nitrogen-fixing efficiency of rhizobia. In our exploring study on Sinorhizobium fredii nodulating soybean, the deletion mutant of mucR1, coding for a pleiotropic transcriptional regulator, showed deficiency in nitrogen fixation in soybean nodules when key genes involved in nitrogen fixation (nif/fix) were normally expressed. In this proposal, to unravel the regulation mechanism of nitrogen-fixing efficiency downstream of MucR1, target genes of MucR1 identified by ChIP-seq, ChIP-qPCR, and EMSA etc. will be studied by using molecular genetics methods.

结瘤固氮关键基因的获得可以使细菌具备与特定豆科植物共生固氮的潜力，但是共生固氮效率的高低还受基因组中其他功能基因的影响。挖掘这些共生固氮的调控因子，不仅利于逐步揭示完整的共生固氮调控网络及其进化机制，也可以为进一步提高共生固氮效率提供依据。在我们针对大豆费氏中华根瘤菌的前期研究中，发现一个多效转录调控因子MucR1编码基因缺失后，根瘤类菌体中固氮相关的关键基因nif/fix都正常表达，但是植株表现缺氮症状。本研究将针对ChIP-seq、ChIP-qPCR、凝胶阻滞等方法确定的MucR1靶基因展开分子遗传学研究，逐步揭示MucR1下游的共生固氮效率调控机制。

根瘤菌的正常结瘤固氮能力不仅需要保守的结瘤固氮基因还受基因组背景中其他功能基因的影响。费氏中华根瘤菌 mucR1 突变株在大豆根瘤中固氮关键基因 nif/fix 正常表达，但是植株表现缺氮症状。本项目揭示了 MucR1 在自生和共生条件下的调控元，研究了调控元中部分关键基因在共生中的作用。已经揭示了无机磷酸盐、锌、铁吸收通路相关基因和调控因子在维持结瘤固氮效率中的重要作用，并分析了相关基因的进化保守性特征。部分成果发表在领域著名刊物 mBio 和 Mole Plant-Microbe Interact (2篇)。这对于我们进一步通过遗传学和栽培措施提高费氏中华根瘤菌与大豆的共生效率打下了基础，为我们在农业生产上推广利用碱性土壤中占优势的这一大豆快生型根瘤菌提供了重要理论指导。