双组分调节系统FixL/FixJ在巴西固氮螺菌氧信号介导的固氮基因表达调节中的作用

生物固氮的效率受环境中高浓度的氧和铵的抑制。在根瘤菌中，双组分调节系统FixL/FixJ 感应氧信号对固氮作用进行调节；在自生固氮的肺炎克氏杆菌中，氧信号通过NifL 和NifA 这一对非典型的双组分系统的感应来调节固氮作用。在巴西固氮螺菌中没有发现起负调控作用的NifL,氧信号传导机理一直不明朗。最近发现巴西固氮菌中有fixLJ和fixABC基因，而且FixL结合有血红素。本研究将阐明巴西固氮螺菌中的FixL/FixJ是否介导氧信号的传导对固氮基因转录进行调节。主要研究内容包括：1.确定巴西固氮螺菌fixL和fixJ是否参与氧信号传导，对自身nifA 和根瘤菌nifA的转录进行调节；2.确定巴西固氮螺菌fixL和fixJ是否介导氧信号对fixK转录起调节作用；3.确定受巴西固氮螺菌FixK激活转录的基因：4.通过对fixJ过量表达或对fixL/fixJ突变，构建1-2个不受氧抑制的工程菌

生物固氮的效率受环境中高浓度的氧和铵的抑制。在根瘤菌中，双组分调节系统FixL/FixJ 感应氧信号对固氮作用进行调节。FixJ 作为转录激活因子激活与固氮调节基因nifA 和fixK 的表达；NifA作为转录激活蛋白激活 nifHDK (编码固氮酶)等固氮基因的表达，而FixK作为转录激活蛋白激活参与共生固氮（fixABCX）和微好氧代谢（fixNOQP,fixGHS,fixR）有关的多个fix基因的表达。.巴西固氮螺菌(Azospirillum brasilense)是一种联合固氮菌，主要定殖在禾本科植物如玉米、小麦、水稻等的根部，还可以侵入到这些植物的根、茎和叶内，为植物提供一定量的氮素。在巴西固氮螺菌中氧信号传导机理一直不明朗。最近发现巴西固氮菌中有fixLJ和fixABC基因，因此，本研究的目标是阐明巴西固氮螺菌中的FixL/FixJ在氧信传导中的作用。. 氨基酸同源性比较表明巴西固氮螺菌Sp7中可能存在fixL、fixJ、fixK基因。通过在苜蓿根瘤菌S. meliloti fixL-和fixJ-突变体中的异源互补实验和大肠杆菌E. coli JM109中的实验，首次在A. brasilense Sp7中证明存在参与氧信号传递的fixL、fixJ、fixK基因。研究发现A. brasilense FixL/FixJ是双组分信号系统。FixL蛋白存在血红素辅因子，可以与氧气结合，能够感受氧浓度的变化。FixL在微好氧条件下，能够激活FixJ蛋白的转录激活活性。而在好氧条件下，抑制FixJ的活性。在大肠杆菌中，A. brasilense Sp7的FixL/FixJ双组分系统能够激活A. brasilense Sp7的fixK基因的转录。. 构建了A. brasilense Sp7的fixL、fixJ、fixK基因的突变体，进行趋氧性研究发现fixJ与趋氧有关。通过在野生型和突变体中研究nifA启动子的活性，发现nifA基因的转录受fixL、fixJ、fixK基因的调控，推测FixL/FixJ双组分系统是通过FixK来激活nifA的转录，nifA再进一步根据氧浓度调控其他固氮基因的表达，从而调控固氮作用，该调控模式与根瘤菌A. caulinodans的FixL/FixJ、FixK对nifA的调控模式相同。