固氮施氏假单胞菌的根表定殖特性和促进生长能力研究
发布时间：2021-06-25 16:14
固氮微生物在宿主植物根分泌物诱导下,趋化运动到根表定殖生长,形成固氮生物膜,从而获得根际竞争优势地位,但相关分子机制研究知之甚少。固氮施氏假单胞菌A1501分离自水稻根际,具有趋化、生物膜形成、促生等能力,是系统研究微生物根表定殖的模式菌株。本实验室在基因组水平上鉴定了与生物膜形成相关基因,包括Gac/Rsm基因（如RNA结合蛋白基因rsmA、非编码RNA rsmYZ和双组分调节蛋白基因gacA）、sigma因子基因（如σ54因子rpoN、σ70 ECF亚家族alg U）、环二鸟苷酸降解酶基因bifA、环二鸟苷酸合成酶基因sad C、细菌纤维素合成酶基因bcsA以及胞外多糖合成酶基因pslA等,进行了纯培养条件下生物膜形成的调控机制研究,为进一步开展根表定殖过程中生物膜形成相关基因的作用机制研究奠定重要工作基础。本论文采用竞争性接种、抗性板筛选计数方法,系统研究了生物膜相关基因在水稻根表竞争性定殖及促进玉米生长中的功能与作用,主要研究结果如下:1.在模拟根际缺氮寡营养条件下,rsmA基因突变导致生物膜形成能力增强,相比野生型上调17%,表明该基因对生物膜的形成可能起一定的抑制作用;而p...
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微生物-微生物和植物-微生物相互作用的进化史（HASSANIetal.,2018）
生物膜形成过程可归纳为以下五个阶段：（I）附着：微生物通过弱相互作用（例如范德华力）可逆的吸附在生物或者非生物介质表面；（II）微克隆定殖：微生物通过强亲水/疏水相互作用（鞭毛、菌毛、脂多糖、胞外多糖及胶原结合吸附蛋白等）不可逆的附着在表面；（III）繁殖壮大：细胞不断积累形成多层细胞，不断产生和分泌胞外多糖；（IV）成熟：形成稳定的三维结构细胞群体，生物膜细胞群内包含有效分配营养和信号的分子；（V）主动解离：由于外部或者内部因子的互作，微生物细胞成片或单个脱离，脱离的细胞随后定殖在其他地方（图1-2）。图1-2微生物生物膜形成模型（Yinetal.,2019）Fig.1-2Themodelofmicrobialbiofilmformation(Yinetal.,2019)在这个动态过程中，特定的酶参与了生物膜的降解和重组，这不仅导致部分基质降解，还导致生物膜的解离和随后的表面再繁殖（FLEMMINGetal.,2016）。附着是生物膜形成的开始，主动扩散也不是终点，而是下一轮生物膜形成的过程。生物膜的持续循环使微生物具有适应各种极端环境的能力（ANDREAetal.,2010）。1.2.3生物膜形成相关基因生物膜形成对微生物的环境适应性至关重要，但生物膜形成的调控网络非常复杂，主要分为转录水平调控和转录后水平调控两种方式。许多研究发现，细菌胞外多糖是影响生物膜形成的最重要的组分，而第二信号分子环二鸟苷酸（c-di-GMP）是调控胞外多糖产生的重要信使。革兰氏阴性菌中广泛存在Gac/Rsm双组份系统，在假单胞菌中，Gac/Rsm双组分系统在多种细菌中被报道参与生物膜形成的调控，而在铜绿假单胞菌中（Pseudomonasaeruginosa）Gac/Rsm调控生物膜
黶igma因子AlgT间接抑制鞭毛基因的表达，AlgT可以激活转录调控因子AmrZ的表达，而在假单胞菌中AmrZ直接抑制鞭毛调控因子FleQ的表达（TARTetal.,2006）。另外有研究报道，FleQ突变体是主要鞭毛合成调控因子，当fleQ被敲除菌株便会丧失运动能力，不能进行趋化运动，并且在植物根表定殖能力也相比野生型大幅下降（MAetal.,2016）。在芽孢杆菌中AbrB是胞内关键的转录调控因子，是生物膜形成的关键调控蛋白，可以抑制细菌的胞外多糖产生从而调控生物膜的形成，并且abrB基因还能调控细菌的趋化能力与生理代谢（CHAIetal.,2009）。图1-3固氮施氏假单胞菌A1501生物膜形成的网络调控模式图（尚立国,2018）Fig.1-3Regulatorynetworksofbiofilmformationinnitrogen-fixingPseudomonasstutzeriA1501(SHANG,2018)
【参考文献】：
期刊论文
[1]玉米联合固氮菌Kosakonia radicincitans GXGL-4A转座突变体系的构建[J]. 孙帅欣,程杰杰,陈云鹏. 微生物学通报. 2018(08)
[2]土壤类型对烟田土壤中微生物的影响[J]. 柳森. 北京农业. 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]. 赵志英. 生物学教学. 2007(09)
[5]外源基因标记的紫云英根瘤菌在水稻根部的定殖研究[J]. 张晓霞,王平,冯新梅,胡正嘉. 生态学报. 2003(04)
[6]影响引入微生物根部定殖的因素[J]. 张炳欣,张平,陈晓斌. 应用生态学报. 2000(06)
[7]水稻和小麦根际的联合固氮作用[J]. 郑林用,张庆玉,甘炳成. 西南农业学报. 1999(S1)
[8]粪产碱菌与水稻根的联合过程[J]. 林敏,方宣钧,尤崇杓. 核农学报. 1993(02)
[9]水稻根分泌物及其与粪产碱菌的相互作用[J]. 林敏,尤崇杓. 中国农业科学. 1989(06)
[10]粪产碱菌（Alcaligenes faecalis）A-15与水稻根的结合作用[J]. 张跃林,莫小真,廖苏华,丘元盛,李信,王有为,龙崇杓. 植物生理学通讯. 1984(06)
博士论文
[1]施氏假单胞菌固氮生物膜形成的网络调控机制[D]. 尚立国.中国农业科学院 2018
硕士论文
[1]固氮施氏假单胞菌RpoN蛋白调控硝酸盐同化的作用机制[D]. 李耘.中国农业科学院 2016
[2]固氮施氏假单胞菌次级代谢抑制因子RsmA的功能研究[D]. 尚立国.中国农业科学院 2014
[3]固氮斯氏假单胞菌A1501泌铵突变株的构建及其理化特性[D]. 樊颖.中国农业科学院 2009
本文编号：3249519
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微生物-微生物和植物-微生物相互作用的进化史（HASSANIetal.,2018）
生物膜形成过程可归纳为以下五个阶段：（I）附着：微生物通过弱相互作用（例如范德华力）可逆的吸附在生物或者非生物介质表面；（II）微克隆定殖：微生物通过强亲水/疏水相互作用（鞭毛、菌毛、脂多糖、胞外多糖及胶原结合吸附蛋白等）不可逆的附着在表面；（III）繁殖壮大：细胞不断积累形成多层细胞，不断产生和分泌胞外多糖；（IV）成熟：形成稳定的三维结构细胞群体，生物膜细胞群内包含有效分配营养和信号的分子；（V）主动解离：由于外部或者内部因子的互作，微生物细胞成片或单个脱离，脱离的细胞随后定殖在其他地方（图1-2）。图1-2微生物生物膜形成模型（Yinetal.,2019）Fig.1-2Themodelofmicrobialbiofilmformation(Yinetal.,2019)在这个动态过程中，特定的酶参与了生物膜的降解和重组，这不仅导致部分基质降解，还导致生物膜的解离和随后的表面再繁殖（FLEMMINGetal.,2016）。附着是生物膜形成的开始，主动扩散也不是终点，而是下一轮生物膜形成的过程。生物膜的持续循环使微生物具有适应各种极端环境的能力（ANDREAetal.,2010）。1.2.3生物膜形成相关基因生物膜形成对微生物的环境适应性至关重要，但生物膜形成的调控网络非常复杂，主要分为转录水平调控和转录后水平调控两种方式。许多研究发现，细菌胞外多糖是影响生物膜形成的最重要的组分，而第二信号分子环二鸟苷酸（c-di-GMP）是调控胞外多糖产生的重要信使。革兰氏阴性菌中广泛存在Gac/Rsm双组份系统，在假单胞菌中，Gac/Rsm双组分系统在多种细菌中被报道参与生物膜形成的调控，而在铜绿假单胞菌中（Pseudomonasaeruginosa）Gac/Rsm调控生物膜
黶igma因子AlgT间接抑制鞭毛基因的表达，AlgT可以激活转录调控因子AmrZ的表达，而在假单胞菌中AmrZ直接抑制鞭毛调控因子FleQ的表达（TARTetal.,2006）。另外有研究报道，FleQ突变体是主要鞭毛合成调控因子，当fleQ被敲除菌株便会丧失运动能力，不能进行趋化运动，并且在植物根表定殖能力也相比野生型大幅下降（MAetal.,2016）。在芽孢杆菌中AbrB是胞内关键的转录调控因子，是生物膜形成的关键调控蛋白，可以抑制细菌的胞外多糖产生从而调控生物膜的形成，并且abrB基因还能调控细菌的趋化能力与生理代谢（CHAIetal.,2009）。图1-3固氮施氏假单胞菌A1501生物膜形成的网络调控模式图（尚立国,2018）Fig.1-3Regulatorynetworksofbiofilmformationinnitrogen-fixingPseudomonasstutzeriA1501(SHANG,2018)
【参考文献】：
期刊论文
[1]玉米联合固氮菌Kosakonia radicincitans GXGL-4A转座突变体系的构建[J]. 孙帅欣,程杰杰,陈云鹏. 微生物学通报. 2018(08)
[2]土壤类型对烟田土壤中微生物的影响[J]. 柳森. 北京农业. 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]. 赵志英. 生物学教学. 2007(09)
[5]外源基因标记的紫云英根瘤菌在水稻根部的定殖研究[J]. 张晓霞,王平,冯新梅,胡正嘉. 生态学报. 2003(04)
[6]影响引入微生物根部定殖的因素[J]. 张炳欣,张平,陈晓斌. 应用生态学报. 2000(06)
[7]水稻和小麦根际的联合固氮作用[J]. 郑林用,张庆玉,甘炳成. 西南农业学报. 1999(S1)
[8]粪产碱菌与水稻根的联合过程[J]. 林敏,方宣钧,尤崇杓. 核农学报. 1993(02)
[9]水稻根分泌物及其与粪产碱菌的相互作用[J]. 林敏,尤崇杓. 中国农业科学. 1989(06)
[10]粪产碱菌（Alcaligenes faecalis）A-15与水稻根的结合作用[J]. 张跃林,莫小真,廖苏华,丘元盛,李信,王有为,龙崇杓. 植物生理学通讯. 1984(06)
博士论文
[1]施氏假单胞菌固氮生物膜形成的网络调控机制[D]. 尚立国.中国农业科学院 2018
硕士论文
[1]固氮施氏假单胞菌RpoN蛋白调控硝酸盐同化的作用机制[D]. 李耘.中国农业科学院 2016
[2]固氮施氏假单胞菌次级代谢抑制因子RsmA的功能研究[D]. 尚立国.中国农业科学院 2014
[3]固氮斯氏假单胞菌A1501泌铵突变株的构建及其理化特性[D]. 樊颖.中国农业科学院 2009
本文编号：3249519
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