费氏中华根瘤菌中氮磷酸转移酶系统对共生固氮过程的调控机制

发布时间：2019-03-11 12:57

【摘要】：在细菌中,已经发现了两类磷酸转移酶系统。其中糖磷酸转移酶系统(Sugar PTS)主要负责碳源的转运,而氮磷酸转移酶系统(PTSNtr)主要发挥着调控功能。PTSNtr系统包含EⅠNtr,NPr, EⅡANtr三个主要蛋白。活性磷酸基团通常来自磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),通过两个磷酸转移酶蛋白EⅠNtr和NPr转移至EⅡNtr。本实验室前期研究发现费氏中华根瘤菌Sinorhizobium fredii CCBAU45436的EⅠNtr缺失突变株与豆科宿主共生时表现出明显的缺陷表型。本论文将重点研究S. fredii CCBAU45436中PTSNtr系统在共生互作过程中的作用机制。S,frediiCCBAU45436可以与大豆(有限瘤)及木豆(无限瘤)高效共生固氮。实验结果显示,编码PTSNtr中EⅠNtr及NPr的ptsP, ptsO单删除突变株接种大豆及木豆时均表现出了严重的共生缺陷,然而编码EⅡANtt的ptsN单删除突变株在接种大豆及木豆时的共生表型与野生型无显著差异。通过观察接种各突变菌株的大豆及木豆的根瘤切片,发现接种ptsP及ptsO突变株的根瘤中每个共生体内的类菌体数量及PHB(聚p-羟基-丁酸酯)含量相对于接种野生型菌株CCBAU45436的植株均显著减少；接种ptsN突变株的根瘤中类菌体数量及PHB含量略高于野生型。然而ptsP及ptsO的这些缺陷表型在双删除突变株ptsPN及ptsON中都得到了一定程度的恢复。这些结果暗示：非磷酸化的EⅡANtr对共生固氮起到了一定的抑制作用,而磷酸化的EⅡANtr似乎不是S. fredii CCBAU45436与大豆及木豆共生所必需的。然而,相关突变株在接种大豆及木豆时的竞争结瘤实验表明：单删除突变株ptsP及ptsO分别与CCBAU45436共同接种于木豆和大豆时,其竞争结瘤能力显著降低,而且ptsN及双删除突变株ptsPN的竞争结瘤能力也显著低于野生型菌株。说明非磷酸化的EⅡANtr在竞争结瘤过程中也发挥了潜在的正向调控作用。为了较为全面地揭示ptsP及ptsO突变株的共生缺陷表型,本研究进一步对接种植株及根瘤和类菌体状态进行了跟踪观察。实验结果显示,ptsP及ptsO突变株在接种大豆时,根瘤形成初期所结的根瘤与野生型并无差异——根瘤切面均为红色；然而相对于接种野生型菌株的根瘤,其根瘤出现了早衰的表型。ptsP突变株在接种木豆28天时所表现出的共生缺陷,在54天时有显著恢复,67天时恢复至与野生型类似。结合共生能力的跟踪结果及根瘤内类菌体的数量和PHB含量的观察,推测ptsP及ptsO突变株共生能力的变弱有可能与其碳源供给不足有关。因此,我们进一步构建了编码糖PTS中主要组分EI的ptsⅠ的单删除突变株及ptsPⅠ双删除突变株,并分析了他们与大豆及木豆的共生表型,结果显示：接种ptsⅠ菌株的植株并没有表现出缺氮表型；而ptsPⅠ表现出了与ptsP类似的共生缺陷。说明PTSNtr在共生互作过程中的调控作用可能并不依赖糖PTS。而针对ptsP突变株及野生型菌株中EⅡANtr的Western实验也说明：EⅠNtr可能是EⅡANtr磷酸基团的主要来源。
[Abstract]:In bacteria, two types of phosphotransferase systems have been found. Among them, glycosyltransferase system (Sugar PTS) is mainly responsible for the transport of carbon source, while nitrogen phosphatase system (PTSNtr) mainly plays a regulatory role. PTSNtr system contains three main proteins, E 鈪，

本文编号：2438298