根瘤菌是一類廣泛分布于土壤中的革蘭氏陰性細(xì)菌，能夠與豆科植物形成高度轉(zhuǎn)化的共生關(guān)系，侵染豆科植物根部，形成根瘤，進(jìn)而固定空氣中的分子態(tài)氮以形成能夠被植物利用的有機(jī)氮；根瘤菌從宿主植物中獲取所需的光合產(chǎn)物。研究根瘤菌-豆科植物共生固氮體系及機(jī)理對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。近年來(lái)，得益于高通量DNA測(cè)序，科研人員發(fā)表較多根瘤菌的完整基因組，但分析驗(yàn)證關(guān)鍵基因的功能工作仍不足。
該研究運(yùn)用Mariner轉(zhuǎn)座子插入測(cè)序技術(shù)（INSeq），分析根瘤菌-豆科植物共生過(guò)程中的連續(xù)生活方式階段，首次明確根瘤菌在根際生長(zhǎng)、根系定殖、侵染根毛細(xì)胞、形成根瘤、分化成固氮類菌體和從根瘤中釋放各個(gè)階段的必需基因。雖然只有27個(gè)基因被注釋為固氮基因（nif和fix），但是研究人員發(fā)現(xiàn)有603個(gè)基因區(qū)域是豌豆結(jié)瘤和固氮過(guò)程中的必需基因。其中，146個(gè)基因是根際生長(zhǎng)到類菌體發(fā)育階段的必需基因，這些基因凸顯根際環(huán)境中的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)后期侵染及結(jié)瘤的重要性；211個(gè)基因是結(jié)瘤和類菌體階段的特異基因，主要為菌體運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞膜重組、結(jié)瘤信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、固氮和代謝適應(yīng)（包括尿素、赤蘚糖醇和醛代謝、糖原合成、二元酸代謝和谷氨酰胺GlnII合成）等功能相關(guān)基因。研究強(qiáng)調(diào)根瘤菌與宿主豆科植物共生的多個(gè)階段競(jìng)爭(zhēng)的重要性，有利于深入了解兩者間的互作機(jī)理。
相關(guān)研究成果以Lifestyle adaptations of Rhizobium from rhizosphere to symbiosis為題，發(fā)表在PNAS上。牛津大學(xué)植物系教授Philip Poole團(tuán)隊(duì)及中科院武漢植物園植物種質(zhì)創(chuàng)新與特色農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、武漢植物園為論文的共同完成單位，武漢植物園獼猴桃種質(zhì)資源與育種學(xué)科組副研究員李黎為論文的共同第一作者。研究工作得到國(guó)家公派留學(xué)基金項(xiàng)目的支持。
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