固氮施氏假單胞菌的根表定殖特性和促進(jìn)生長(zhǎng)能力研究
發(fā)布時(shí)間：2021-06-25 16:14
固氮微生物在宿主植物根分泌物誘導(dǎo)下,趨化運(yùn)動(dòng)到根表定殖生長(zhǎng),形成固氮生物膜,從而獲得根際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)地位,但相關(guān)分子機(jī)制研究知之甚少。固氮施氏假單胞菌A1501分離自水稻根際,具有趨化、生物膜形成、促生等能力,是系統(tǒng)研究微生物根表定殖的模式菌株。本實(shí)驗(yàn)室在基因組水平上鑒定了與生物膜形成相關(guān)基因,包括Gac/Rsm基因（如RNA結(jié)合蛋白基因rsmA、非編碼RNA rsmYZ和雙組分調(diào)節(jié)蛋白基因gacA）、sigma因子基因（如σ54因子rpoN、σ70 ECF亞家族alg U）、環(huán)二鳥苷酸降解酶基因bifA、環(huán)二鳥苷酸合成酶基因sad C、細(xì)菌纖維素合成酶基因bcsA以及胞外多糖合成酶基因pslA等,進(jìn)行了純培養(yǎng)條件下生物膜形成的調(diào)控機(jī)制研究,為進(jìn)一步開(kāi)展根表定殖過(guò)程中生物膜形成相關(guān)基因的作用機(jī)制研究奠定重要工作基礎(chǔ)。本論文采用競(jìng)爭(zhēng)性接種、抗性板篩選計(jì)數(shù)方法,系統(tǒng)研究了生物膜相關(guān)基因在水稻根表競(jìng)爭(zhēng)性定殖及促進(jìn)玉米生長(zhǎng)中的功能與作用,主要研究結(jié)果如下:1.在模擬根際缺氮寡營(yíng)養(yǎng)條件下,rsmA基因突變導(dǎo)致生物膜形成能力增強(qiáng),相比野生型上調(diào)17%,表明該基因?qū)ι锬さ男纬煽赡芷鹨欢ǖ囊种谱饔?而p...
【文章來(lái)源】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京市
【文章頁(yè)數(shù)】：64 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
微生物-微生物和植物-微生物相互作用的進(jìn)化史（HASSANIetal.,2018）
生物膜形成過(guò)程可歸納為以下五個(gè)階段：（I）附著：微生物通過(guò)弱相互作用（例如范德華力）可逆的吸附在生物或者非生物介質(zhì)表面；（II）微克隆定殖：微生物通過(guò)強(qiáng)親水/疏水相互作用（鞭毛、菌毛、脂多糖、胞外多糖及膠原結(jié)合吸附蛋白等）不可逆的附著在表面；（III）繁殖壯大：細(xì)胞不斷積累形成多層細(xì)胞，不斷產(chǎn)生和分泌胞外多糖；（IV）成熟：形成穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)細(xì)胞群體，生物膜細(xì)胞群內(nèi)包含有效分配營(yíng)養(yǎng)和信號(hào)的分子；（V）主動(dòng)解離：由于外部或者內(nèi)部因子的互作，微生物細(xì)胞成片或單個(gè)脫離，脫離的細(xì)胞隨后定殖在其他地方（圖1-2）。圖1-2微生物生物膜形成模型（Yinetal.,2019）Fig.1-2Themodelofmicrobialbiofilmformation(Yinetal.,2019)在這個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程中，特定的酶參與了生物膜的降解和重組，這不僅導(dǎo)致部分基質(zhì)降解，還導(dǎo)致生物膜的解離和隨后的表面再繁殖（FLEMMINGetal.,2016）。附著是生物膜形成的開(kāi)始，主動(dòng)擴(kuò)散也不是終點(diǎn)，而是下一輪生物膜形成的過(guò)程。生物膜的持續(xù)循環(huán)使微生物具有適應(yīng)各種極端環(huán)境的能力（ANDREAetal.,2010）。1.2.3生物膜形成相關(guān)基因生物膜形成對(duì)微生物的環(huán)境適應(yīng)性至關(guān)重要，但生物膜形成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)非常復(fù)雜，主要分為轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控兩種方式。許多研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌胞外多糖是影響生物膜形成的最重要的組分，而第二信號(hào)分子環(huán)二鳥苷酸（c-di-GMP）是調(diào)控胞外多糖產(chǎn)生的重要信使。革蘭氏陰性菌中廣泛存在Gac/Rsm雙組份系統(tǒng)，在假單胞菌中，Gac/Rsm雙組分系統(tǒng)在多種細(xì)菌中被報(bào)道參與生物膜形成的調(diào)控，而在銅綠假單胞菌中（Pseudomonasaeruginosa）Gac/Rsm調(diào)控生物膜
黶igma因子AlgT間接抑制鞭毛基因的表達(dá)，AlgT可以激活轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子AmrZ的表達(dá)，而在假單胞菌中AmrZ直接抑制鞭毛調(diào)控因子FleQ的表達(dá)（TARTetal.,2006）。另外有研究報(bào)道，F(xiàn)leQ突變體是主要鞭毛合成調(diào)控因子，當(dāng)fleQ被敲除菌株便會(huì)喪失運(yùn)動(dòng)能力，不能進(jìn)行趨化運(yùn)動(dòng)，并且在植物根表定殖能力也相比野生型大幅下降（MAetal.,2016）。在芽孢桿菌中AbrB是胞內(nèi)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，是生物膜形成的關(guān)鍵調(diào)控蛋白，可以抑制細(xì)菌的胞外多糖產(chǎn)生從而調(diào)控生物膜的形成，并且abrB基因還能調(diào)控細(xì)菌的趨化能力與生理代謝（CHAIetal.,2009）。圖1-3固氮施氏假單胞菌A1501生物膜形成的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控模式圖（尚立國(guó),2018）Fig.1-3Regulatorynetworksofbiofilmformationinnitrogen-fixingPseudomonasstutzeriA1501(SHANG,2018)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]玉米聯(lián)合固氮菌Kosakonia radicincitans GXGL-4A轉(zhuǎn)座突變體系的構(gòu)建[J]. 孫帥欣,程杰杰,陳云鵬. 微生物學(xué)通報(bào). 2018(08)
[2]土壤類型對(duì)煙田土壤中微生物的影響[J]. 柳森. 北京農(nóng)業(yè). 2015(09)
[3]Expression profile analysis of the oxygen response in the nitrogen-fixing Pseudomonas stutzeri A1501 by genome-wide DNA microarray[J]. DOU YueTan1,2, YAN YongLiang2, PING ShuZhen2, LU Wei2, CHEN Ming2, ZHANG Wei2, WANG YiPing3, JIN Qi4 & LIN Min1,2↑ 1 College of Biological Sciences, China Agricultural University, Beijing 100094, China; 2 Biotechnology Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 3 College of Life Sciences, Peking University, Beijing 100871, China; 4 State Key Laboratory for Molecular Virology and Genetic Engineering, Beijing 100176, China. Chinese Science Bulletin. 2008(08)
[4]固氮微生物[J]. 趙志英. 生物學(xué)教學(xué). 2007(09)
[5]外源基因標(biāo)記的紫云英根瘤菌在水稻根部的定殖研究[J]. 張曉霞,王平,馮新梅,胡正嘉. 生態(tài)學(xué)報(bào). 2003(04)
[6]影響引入微生物根部定殖的因素[J]. 張炳欣,張平,陳曉斌. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào). 2000(06)
[7]水稻和小麥根際的聯(lián)合固氮作用[J]. 鄭林用,張慶玉,甘炳成. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào). 1999(S1)
[8]糞產(chǎn)堿菌與水稻根的聯(lián)合過(guò)程[J]. 林敏,方宣鈞,尤崇杓. 核農(nóng)學(xué)報(bào). 1993(02)
[9]水稻根分泌物及其與糞產(chǎn)堿菌的相互作用[J]. 林敏,尤崇杓. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué). 1989(06)
[10]糞產(chǎn)堿菌（Alcaligenes faecalis）A-15與水稻根的結(jié)合作用[J]. 張躍林,莫小真,廖蘇華,丘元盛,李信,王有為,龍崇杓. 植物生理學(xué)通訊. 1984(06)
博士論文
[1]施氏假單胞菌固氮生物膜形成的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制[D]. 尚立國(guó).中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2018
碩士論文
[1]固氮施氏假單胞菌RpoN蛋白調(diào)控硝酸鹽同化的作用機(jī)制[D]. 李耘.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2016
[2]固氮施氏假單胞菌次級(jí)代謝抑制因子RsmA的功能研究[D]. 尚立國(guó).中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2014
[3]固氮斯氏假單胞菌A1501泌銨突變株的構(gòu)建及其理化特性[D]. 樊穎.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2009
本文編號(hào)：3249519
【文章來(lái)源】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京市
【文章頁(yè)數(shù)】：64 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
微生物-微生物和植物-微生物相互作用的進(jìn)化史（HASSANIetal.,2018）
生物膜形成過(guò)程可歸納為以下五個(gè)階段：（I）附著：微生物通過(guò)弱相互作用（例如范德華力）可逆的吸附在生物或者非生物介質(zhì)表面；（II）微克隆定殖：微生物通過(guò)強(qiáng)親水/疏水相互作用（鞭毛、菌毛、脂多糖、胞外多糖及膠原結(jié)合吸附蛋白等）不可逆的附著在表面；（III）繁殖壯大：細(xì)胞不斷積累形成多層細(xì)胞，不斷產(chǎn)生和分泌胞外多糖；（IV）成熟：形成穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)細(xì)胞群體，生物膜細(xì)胞群內(nèi)包含有效分配營(yíng)養(yǎng)和信號(hào)的分子；（V）主動(dòng)解離：由于外部或者內(nèi)部因子的互作，微生物細(xì)胞成片或單個(gè)脫離，脫離的細(xì)胞隨后定殖在其他地方（圖1-2）。圖1-2微生物生物膜形成模型（Yinetal.,2019）Fig.1-2Themodelofmicrobialbiofilmformation(Yinetal.,2019)在這個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程中，特定的酶參與了生物膜的降解和重組，這不僅導(dǎo)致部分基質(zhì)降解，還導(dǎo)致生物膜的解離和隨后的表面再繁殖（FLEMMINGetal.,2016）。附著是生物膜形成的開(kāi)始，主動(dòng)擴(kuò)散也不是終點(diǎn)，而是下一輪生物膜形成的過(guò)程。生物膜的持續(xù)循環(huán)使微生物具有適應(yīng)各種極端環(huán)境的能力（ANDREAetal.,2010）。1.2.3生物膜形成相關(guān)基因生物膜形成對(duì)微生物的環(huán)境適應(yīng)性至關(guān)重要，但生物膜形成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)非常復(fù)雜，主要分為轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控兩種方式。許多研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌胞外多糖是影響生物膜形成的最重要的組分，而第二信號(hào)分子環(huán)二鳥苷酸（c-di-GMP）是調(diào)控胞外多糖產(chǎn)生的重要信使。革蘭氏陰性菌中廣泛存在Gac/Rsm雙組份系統(tǒng)，在假單胞菌中，Gac/Rsm雙組分系統(tǒng)在多種細(xì)菌中被報(bào)道參與生物膜形成的調(diào)控，而在銅綠假單胞菌中（Pseudomonasaeruginosa）Gac/Rsm調(diào)控生物膜
黶igma因子AlgT間接抑制鞭毛基因的表達(dá)，AlgT可以激活轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子AmrZ的表達(dá)，而在假單胞菌中AmrZ直接抑制鞭毛調(diào)控因子FleQ的表達(dá)（TARTetal.,2006）。另外有研究報(bào)道，F(xiàn)leQ突變體是主要鞭毛合成調(diào)控因子，當(dāng)fleQ被敲除菌株便會(huì)喪失運(yùn)動(dòng)能力，不能進(jìn)行趨化運(yùn)動(dòng)，并且在植物根表定殖能力也相比野生型大幅下降（MAetal.,2016）。在芽孢桿菌中AbrB是胞內(nèi)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，是生物膜形成的關(guān)鍵調(diào)控蛋白，可以抑制細(xì)菌的胞外多糖產(chǎn)生從而調(diào)控生物膜的形成，并且abrB基因還能調(diào)控細(xì)菌的趨化能力與生理代謝（CHAIetal.,2009）。圖1-3固氮施氏假單胞菌A1501生物膜形成的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控模式圖（尚立國(guó),2018）Fig.1-3Regulatorynetworksofbiofilmformationinnitrogen-fixingPseudomonasstutzeriA1501(SHANG,2018)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]玉米聯(lián)合固氮菌Kosakonia radicincitans GXGL-4A轉(zhuǎn)座突變體系的構(gòu)建[J]. 孫帥欣,程杰杰,陳云鵬. 微生物學(xué)通報(bào). 2018(08)
[2]土壤類型對(duì)煙田土壤中微生物的影響[J]. 柳森. 北京農(nóng)業(yè). 2015(09)
[3]Expression profile analysis of the oxygen response in the nitrogen-fixing Pseudomonas stutzeri A1501 by genome-wide DNA microarray[J]. DOU YueTan1,2, YAN YongLiang2, PING ShuZhen2, LU Wei2, CHEN Ming2, ZHANG Wei2, WANG YiPing3, JIN Qi4 & LIN Min1,2↑ 1 College of Biological Sciences, China Agricultural University, Beijing 100094, China; 2 Biotechnology Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 3 College of Life Sciences, Peking University, Beijing 100871, China; 4 State Key Laboratory for Molecular Virology and Genetic Engineering, Beijing 100176, China. Chinese Science Bulletin. 2008(08)
[4]固氮微生物[J]. 趙志英. 生物學(xué)教學(xué). 2007(09)
[5]外源基因標(biāo)記的紫云英根瘤菌在水稻根部的定殖研究[J]. 張曉霞,王平,馮新梅,胡正嘉. 生態(tài)學(xué)報(bào). 2003(04)
[6]影響引入微生物根部定殖的因素[J]. 張炳欣,張平,陳曉斌. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào). 2000(06)
[7]水稻和小麥根際的聯(lián)合固氮作用[J]. 鄭林用,張慶玉,甘炳成. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào). 1999(S1)
[8]糞產(chǎn)堿菌與水稻根的聯(lián)合過(guò)程[J]. 林敏,方宣鈞,尤崇杓. 核農(nóng)學(xué)報(bào). 1993(02)
[9]水稻根分泌物及其與糞產(chǎn)堿菌的相互作用[J]. 林敏,尤崇杓. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué). 1989(06)
[10]糞產(chǎn)堿菌（Alcaligenes faecalis）A-15與水稻根的結(jié)合作用[J]. 張躍林,莫小真,廖蘇華,丘元盛,李信,王有為,龍崇杓. 植物生理學(xué)通訊. 1984(06)
博士論文
[1]施氏假單胞菌固氮生物膜形成的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制[D]. 尚立國(guó).中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2018
碩士論文
[1]固氮施氏假單胞菌RpoN蛋白調(diào)控硝酸鹽同化的作用機(jī)制[D]. 李耘.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2016
[2]固氮施氏假單胞菌次級(jí)代謝抑制因子RsmA的功能研究[D]. 尚立國(guó).中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2014
[3]固氮斯氏假單胞菌A1501泌銨突變株的構(gòu)建及其理化特性[D]. 樊穎.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2009
本文編號(hào)：3249519
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