根瘤菌属五个新种的多相分类研究

发布时间：2020-04-12 06:46

【摘要】：根瘤菌是豆科作物、牧草、树种生长最重要的共生伙伴之一,它通过共生固氮作用为豆科植物提供氮素营养,从而促进植物生长和作物增产。充分利用这种共生固氮体系,对农牧业可持续发展具有重要意义。菜豆是豆科作物中重要的引进作物之一,前期通过对226株菜豆根瘤菌进行多样性和比较基因组学研究,发现在中国大面积种植后,与菜豆建立起共生固氮关系的根瘤菌类群增多,其中7株菌与已发现的类群不同,属于潜在新种。本研究采用结合系统发育分析、基因组分析、表型和生理生化研究、化学成分鉴定等的多相分类方法,对这7株菌进行系统研究,以确定它们的分类地位并命名,研究结果如下:16S rRNA基因序列分析结果显示,7株菌都属于Rhizobium属。持家基因atpD、glnⅡ、recA以及串联序列(atpD-glnⅡ-recA)系统发育树显示,这7株菌形成5个进化分支,彼此相互独立且明显区别于Rhizobium属各已知种。Rhizobium属相关模式株与这5个类群之间的串联序列相似性为89.7~95.3%,均低于96%,表明这7株菌为潜在的5个Rhizobium属新种,其中菌株C5和C16代表同一个新种,菌株M10和M1代表同一个新种,菌株L9、L18和L43则各自代表一个新种。与持家基因分析结果不同,共生基因nodC和nifH的系统发育树形成的分支与菌株宿主植物具有对应的关系,与其分类地位无关。基于菌株全基因组序列的ANI和dDDH计算发现,5个新种代表菌株与Rhizobium属模式株之间ANI的范围为87.66~94.15%,dDDH的范围为31.8~54.5%,均低于阈值(95%和70%);使用UBCG构建供试菌株与模式菌株92个核心基因的系统发育树发现,UBCG树的拓扑结构与串联序列系统发育树中的相似,进一步证实了这些菌株为新种。5个新种基因组的GC含量均在61%左右,在Rhizobium属菌株GC含量范围内(57~66%)。对5个新种菌株进行了包括形态特征与培养特征观察、生理生化测定、交叉结瘤测试以及脂肪酸组分等一系列研究,发现它们形态及培养特征相似,但在一些生理生化特征如抗生素耐药性、碳源利用、酶活性等方面存在差异;交叉结瘤测试结果表明,这些新种仅能够与原宿主菜豆以及大豆有效共生结瘤,结瘤范围较窄;脂肪酸组成类似于Rhizobium属其他菌株,其中C_(18:0)和Summed Feature 8为共同主要脂肪酸,在其他脂肪酸组成及比例方面,各菌株之间存在差异。综上,本论文确定了Rhizobium属内5个新种,暂命名为:Rhizobium leguminoides,模式菌株为L43~T;Rhizobium phaseoloides,模式菌株为L18~T;Rhizobium etloides,模式菌株为L9~T;Rhizobium mazuyanense,模式菌株为M10~T;Rhizobium chutanense,模式菌株为C5~T(已发表)。研究不仅丰富了根瘤菌资源库,也为豆科植物接种根瘤菌提供更充足的种质资源。
【图文】：

最大似然,16SrRNA基因,自展

17图 2-1 基于 16S rRNA 基因（1,289 bp）构建的最大似然树。粗体表示本研究中的供试菌株，只显示 60%以上的自展值（重复 1,000 次计算）Figure 2-1 Maximum likelihood phylogenetic tree based on 16S rRNA gene sequences (1,289 bp)Test strains in this study were labeled in bold. Bootstrap values ≥ 60 % are indicated on the branches.

最大似然,基因,自展

18图 2-2 基于 atpD 基因（408 bp）构建的最大似然树。粗体表示本研究中的供试菌株，，只显示 50%以上的自展值（重复 1,000 次计算）。Figure 2-2 Maximum likelihood phylogenetic tree based on concatenated atpD gene sequences (408bp). Test strains in this study were labeled in bold. Bootstrap values ≥ 50 % are indicated on the branches.
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q939.114

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