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研究解析联合固氮菌挑食有机酸的根际竞争策略

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  近日,中国农业科学院生物技术研究所微生物智能设计与合成创新团队与国内外科研单位合作,解析了水稻根际联合固氮菌——施氏假单胞菌A1501碳代谢调控系统参与碳源优先利用和最佳根际定殖固氮的分子机制,相关成果在线发表《交叉科学(iScience)》杂志上。

  Hfq是一个全局性的转录后调控因子,直接或间接参与生长繁殖、趋化运动和环境适应等重要生理生化过程的调控,并被证明参与固氮活性和根表定殖调节,但相关调控机制一直没有解析。

  该研究发现,施氏假单胞菌A1501优先利用琥珀酸和乳酸,随后是柠檬酸,最后是葡萄糖和苯甲酸,而有机酸存在时,非优势碳源如葡萄糖代谢被抑制,表现出一种挑食有机酸的非典型代谢物抑制现象,并受以全局性调控因子Hfq为核心的碳代谢物抑制调控系统的精细调控。研究还发现,在含混合碳源的平板培养或根际环境条件下,全局性调控因子Hfq可通过直接与固氮酶结构基因的mRNA互作,确保根际最佳固氮酶活性,同时激活以葡萄糖为底物、固氮生物膜形成和根表早期定殖所必需的胞外多糖合成,而这一合成途径不被优势碳源抑制。

  该研究揭示了全局性调控因子Hfq在联合固氮菌挑食有机酸和适应根际环境相关调控网络中的核心作用,是固氮微生物在营养争夺激烈的根际环境中进化出的一种生存竞争策略,对于解析根际固氮菌-宿主互作机制、人工设计能量合成模块和高效固氮模块,大幅度增强田间固氮效率具有指导意义。

  该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。(通讯员:崔艳)

  原文链接:https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(22)01935-6

  

  图示: 施氏假单胞菌碳源优先利用、固氮酶活性及胞外多糖合成的网络调控模式

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