苜蓿中华根瘤菌中ActS/ActR双组份系统酸调节基因的功能分析

【摘要】生物固氮为生物界的生物提供了大约有3/4的氮源。生物固氮是固氮微生物通过利用固氮酶将大气中的氮其直接转化为能被生物相互之间吸收利用的氨的过程,不会消耗大量能源也不会对生态环境造成破坏与污染。对环境的保护以及对农业生态的可持续发展是十分有利的。其中在生物固氮中效率是最高的当属共生固氮。共生固氮是固氮微生物和宿主植物之间长时间互利共生、相互作用、协同进化的结果。在结瘤固氮的过程中,宿主植物生长代谢所需的氮源由固氮微生物所提供,而固氮微生物生命代谢必需的碳源由宿主植物则来提供,同时宿主植物也为固氮微生物提供生长繁殖的场所,根瘤。根瘤菌——与豆科宿主植物的共生相互作用具有专一性,即一种根瘤菌只能与特定的豆科宿主植物相互作用结瘤固氮。根瘤菌与豆科宿主植物之间的共生固氮是一个十分复杂的生物学过程,涉及到二者之间分子信号的识别、传递与交换。这一过程是由豆科植物和根瘤菌中的一系列基因所决定的。结瘤信号分子主要是豆科植物在种子的萌发和根的生长过程中产生的,主要的结瘤因子是类黄酮等,它们是激活根瘤菌结瘤调节基因产物,进而作用于结瘤基因的启动子区域,诱导结瘤基因的表达,控制新的信号分子(结瘤因子)的合成,同时结瘤因子作用于豆科宿主植物,诱导根部发生一系列形态变化和生理生化反应,启动宿主植物的结瘤过程。双组份系统[two-componentsystem,TCS)是一种信号传导元件,它在细菌中是普遍存在的,是细菌适应胞内生理变化和外部环境的主要调控系统。典型的双组份系统是由一个组氨酸激酶(Histidinekinase,HK)和一个反应调节蛋白(Responseregulator,RR)构成的。组氨酸激酶负责感受胞内外刺激,自磷酸化,然后将磷酸基团传递给反应调节蛋白,从而调控下游相关基因表达。组氨酸激酶主要由信号感受结构域、二聚化及组氨酸磷酸转移结构域(DHp)和ATP结合及催化结构域(CA)组成,后两个结构域含有保守的N、H、F、G1和G2盒(box)。反应调节蛋白一般由一个效应结构域和一个接受结构域(REC)组成。目前酸性土壤占了世界土地的四分之一,土壤严重酸化影响了植物与土壤微生物的生存以及宿主植物与土壤微生物之间的相互作用。其中土壤中的根瘤菌与其宿主豆科植物共生固氮也受到了严重的影响,影响了根瘤菌对N2的固定,进而影响了农业系统中N输入。在某些情况下,根瘤细菌代表了共生关系中酸敏感组份；苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobiummeliloti)对酸度特别敏感。这就产生了一个问题,根瘤菌靠什么机制来适应酸性环境,为什么有些根瘤菌对酸耐受有些根瘤菌对酸敏感?[目的]1.确定苜蓿中华根瘤菌ActS/ActR双组份系统基因是否参与根瘤菌的酸调节以及在共生固氮体系形成过程中是否发挥作用。2.探究苜蓿中华根瘤菌ActS/ActR双组份系统参与基因调控的下游的转录因子及信号转导通路。[方法]利用细菌中存在同源重组系统,将目标基因或其旁侧片段克隆至自杀性质粒上,通过三亲本接合转移,导入苜蓿中华根瘤菌,经过抗性筛选,噬菌体转导或者蔗糖敏感筛选获得质粒插入或者缺失突变体,利用点突变的方法将ActS/ActR双组份系统上的磷酸化位点突变成别的氨基酸获得了点突变菌株,然后进行自生(酸敏感性)和共生表型(结瘤和竞争结瘤)分析。[结果]我们无法通过基因敲除方法获得这两个基因的缺失突变体。但是我们成功的构建了一个actR的插入突变体,利用点突变的方法获得了actS的点突变以及actS/actR的双突变,突变体对酸性的环境都是敏感的。进一步的研究发现,actR的插入突变体虽然可以诱导宿主植物紫花苜蓿形成固氮根瘤,但是其竞争结瘤能力与野生型菌株相比是明显将低的。[结论]ActS/ActR双组份系统除了可以调节苜蓿中华根瘤菌对酸性环境的适应性,还是该细菌存活所必需的,并且影响其在宿主植物上的竞争结瘤能力及共生固氮过程。
【作者】鲁大伟；
【导师】罗利；
【作者基本信息】安徽大学，微生物学，2014，硕士
【关键词】苜蓿中华根瘤菌；双组份系统ActS/ActR；酸敏感；竞争结瘤；

【参考文献】
[1]姜勖.经济欠发达地区乡镇中学教师流动的现状及对策研究[D].福州大学,社会学,2004,硕士.
[2]牛振东.IL-1β对脂肪源性干细胞向软骨细胞诱导的影响[D].遵义医学院,外科学（专业学位）,2013,硕士.
[3]陈硕.面向物联网的洗衣机控制器的研究与开发[D].江南大学,控制理论与控制工程,2012,硕士.
[4]别木布加甫·萨仁高娃.土尔扈特土语擦音的声学分析[D].内蒙古大学,语言学及应用语言学,2014,硕士.
[5]邢进.应用语言学论文各部分中的高频词块分析[D].南京师范大学,英语语言文学,2012,硕士.
[6]姚永昌.高等学校校院两级教学管理体制改革问题研究[D].西南大学,教育经济与管理,2013,硕士.
[7]刘小强.基于水岩相互作用的库岸边坡稳定性和架空斜坡式码头结构特性研究[D].重庆交通大学,港口、海岸及近海工程,2012,硕士.
[8]李海波,肖克强,刘亚群.地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数分析[J].岩石力学与工程学报,2007,12:2385-2394.
[9]贾晓雷.体验式培训师胜任力模型创建与应用研究[D].南京师范大学,应用心理学,2012,硕士.
[10]陆敏.日本落语中谚语的使用及其作用[D].南京师范大学,日语语言文学,2012,硕士.
[11]韩雨童.不确定XML复杂Twig查询处理技术研究[D].内蒙古科技大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[12]金申健.团队多元化与知识共享关系研究[D].浙江工商大学,企业管理,2014,硕士.
[13]王馨爽.多维度SAR森林及其类型分类识别方法研究[D].西安科技大学,地图制图学与地理信息工程,2013,硕士.
[14]MaafaSofiane.Man and Island in Hayy Bin Yaqzan and Robinson Crusoe[D].华中师范大学,英国语言文学,2014,硕士.
[15]谢冰若,陈乔夫,田军,陈煜达,余鸿.基于基波磁通补偿的串联混合型APF滤波特性分析[J].电力系统自动化,2007,20:75-79.
[16]郭亚亚.怀涿盆地活动断层特征及地震活动探讨[D].石家庄经济学院,构造地质学,2014,硕士.
[17]王杨弘.浮选脱墨渣纤维制备纸张增强剂的研究[D].北京林业大学,林产化学加工工程,2013,硕士.
[18]王波.国有土地上房屋征收与补偿社会稳定风险评估研究[D].南京师范大学,土地资源管理,2012,硕士.
[19]徐如红.2007-2011年杭州市刑释解教人员重新犯罪情况调查研究[D].电子科技大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[20]陈信平.由VSP初至时间反演层速度的算法和误差估计[J].石油地球物理勘探,1992,06:744-752+821.
[21]张茂林.太原市教学与管理杂志社稿件管理系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[22]马坤.国产化妆品品牌名称的特点及其问题探究[D].曲阜师范大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[23]张传辉.公安知识管理系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[24]焦勇.飞行仿真数据库设计与开发[D].西北工业大学,飞行器设计,2004,硕士.
[25]于剑.专家寄语[J].计算机科学,2015,05:2.
[26]邱勇.建筑外墙自保温材料及体系研究[D].浙江大学,2007.
[27]郑建华,赵政.Web页面排序算法研究[J].微处理机,2003,05:33-35.
[28]范彦明.煤的显微组分富集物吸附甲烷微量放热特性的实验研究[D].中国矿业大学,安全技术及工程,2014,硕士.
[29]李小雷.基于数据挖掘的网络异常检测技术研究[D].湖南大学,软件工程,2011,硕士.
[30]刘晓强,顾佳晨,孙彦广,崔新莹.钢铁企业MES中的计划调度系统[J].冶金自动化,2004,01:22-25+29.
[31]许光磊.欧共体贸易壁垒规则（TBR）研究[D].中国政法大学,国际法学,2004,硕士.
[32]杨燕.高校内部管理沟通中的问题及对策研究[D].中南民族大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[33]王贵君1,宋巍巍1,韩权杰2.基于后件直联型分层的广义混合模糊系统及其积分模逼近[J].控制与决策.
[34]湛晶.新时期农村科技人才队伍建设研究[D].湖南农业大学,农业科技组织与服务,2012,硕士.
[35]傅骏.前列腺肉瘤诊治的初步探讨[D].浙江大学,外科学,2004,硕士.
[36]张文宇,薛惠锋,张洪才,彭文祥.粗糙集在数据挖掘分类规则中的应用研究[J].西北工业大学学报,2002,03:430-434.
[37]李爽.电子病案信息共享模式研究[D].辽宁大学,档案学,2012,硕士.
[38]洪姝.S电力设计院人力资源规划[D].电子科技大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[39]张晓雪.电视购物的公共规制研究[D].湖南大学,公共管理,2014,硕士.
[40]李红梅.石家庄市城乡居民收入差距分析[D].石家庄经济学院,人口、资源与环境经济学,2013,硕士.
[41]耿明岩.基于供应链的物流管理系统研究[D].东北财经大学,2005.
[42]宋文平.中国大豆期货市场的风险控制[D].西南财经大学,金融学,2003,硕士.
[43]任丽娜.驱动轴力矩估计器的设计[D].吉林大学,车辆工程,2014,硕士.
[44]何燕.材质在室内装饰设计中的情感体现[D].安徽工程大学,设计艺术学,2012,硕士.
[45]吴正栋.船舶所有权变动模式研究[D].大连海事大学,海商法,2014,硕士.
[46]赖国伟.基于模块化的商务模式创新——以PC产业为例[D].厦门大学,2004.
[47]郭思聪.莫来石—氧化锆复相陶瓷制备工艺及应用研究[D].沈阳工业大学,材料学,2013,硕士.
[48]胡明星.基于eBusiness/ERP的企业工作流技术研究[D].西安理工大学,2004.
[49]杨阳.交替传译笔记技巧对比研究：方法及使用[D].外交学院,翻译,2014,硕士.
[50]贾伊娜.保险类上市公司最优投资组合策略研究[D].东北农业大学,会计学,2013,硕士.