根瘤菌是一類廣泛分布于土壤中的革蘭氏陰性細菌，能夠與豆科植物形成高度轉化的共生關系，侵染豆科植物根部，形成根瘤，進而固定空氣中的分子態(tài)氮以形成能夠被植物利用的有機氮；根瘤菌從宿主植物中獲取所需的光合產物。研究根瘤菌-豆科植物共生固氮體系及機理對農業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。近年來，得益于高通量DNA測序，科研人員發(fā)表較多根瘤菌的完整基因組，但分析驗證關鍵基因的功能工作仍不足。
該研究運用Mariner轉座子插入測序技術（INSeq），分析根瘤菌-豆科植物共生過程中的連續(xù)生活方式階段，首次明確根瘤菌在根際生長、根系定殖、侵染根毛細胞、形成根瘤、分化成固氮類菌體和從根瘤中釋放各個階段的必需基因。雖然只有27個基因被注釋為固氮基因（nif和fix），但是研究人員發(fā)現(xiàn)有603個基因區(qū)域是豌豆結瘤和固氮過程中的必需基因。其中，146個基因是根際生長到類菌體發(fā)育階段的必需基因，這些基因凸顯根際環(huán)境中的競爭對后期侵染及結瘤的重要性；211個基因是結瘤和類菌體階段的特異基因，主要為菌體運動、細胞膜重組、結瘤信號轉導、固氮和代謝適應（包括尿素、赤蘚糖醇和醛代謝、糖原合成、二元酸代謝和谷氨酰胺GlnII合成）等功能相關基因。研究強調根瘤菌與宿主豆科植物共生的多個階段競爭的重要性，有利于深入了解兩者間的互作機理。
相關研究成果以Lifestyle adaptations of Rhizobium from rhizosphere to symbiosis為題，發(fā)表在PNAS上。牛津大學植物系教授Philip Poole團隊及中科院武漢植物園植物種質創(chuàng)新與特色農業(yè)重點實驗室、武漢植物園為論文的共同完成單位，武漢植物園獼猴桃種質資源與育種學科組副研究員李黎為論文的共同第一作者。研究工作得到國家公派留學基金項目的支持。
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