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首次阐述固氮微生物逆境胁迫适应和固氮酶氧保护机制
日期:2019-10-29 作者:未知 来源:中国农业科学院 点击:
     近日,中国农业科学院生物技术研究所微生物功能基因组创新团队林敏课题组首次阐明了新型非编码 RNA NfiS 参与氧化胁迫逆境适应的生物学功能。该研究为揭示固氮微生物的逆境胁迫适应机制和固氮酶氧保护机制奠定了重要的理论基础,同时也为增强非生物逆境条件下根际联合固氮效率,实现节肥增产增效提供了新思路。相关研究成果在线发表在《细菌学杂志(Journal of Bacteriology)》上。
    固氮施氏假单胞菌 A1501 是一株分离自水稻根际的联合固氮菌,其固氮活性受根际非生物胁迫因子、特别是氧化胁迫因子的影响较大。因此,A1501 在长期进化过程中形成了一套高效复杂的氧保护机制,以满足固氮的能量需求,同时保护固氮酶不受氧损伤。当前,有关生物固氮的氧保护机制研究是固氮领域的热点问题,但非编码 RNA 是否参与固氮酶的氧保护,缺乏直接的科学证据。
    该团队前期研究发现,A1501 拥有一个参与最佳固氮活性和氧化胁迫抗性调控的新型非编码 RNA NfiS,但其在氧化胁迫反应中相关靶标和作用机制尚不清楚。在后续的研究中,该团队首先发现 A1501 氧化胁迫应答体系中的过氧化氢酶编码基因 katB 和过氧化物感应基因 oxyR 在氧化胁迫抗性和最佳固氮酶活性中发挥重要作用,katB 表达是 OxyR 依赖型。通过实验证实,NfiS 能够与 katB mRNA直接相互作用增强其稳定性,并鉴定了两个具体互作位点。该团队进一步提出了由非编码 RNA NfiS 介导的氧化胁迫应答和最佳固氮酶活性的协同调控模型:在转录后水平上,NfiS 通过与过氧化氢酶基因 katB 的转录产物结合,增强过氧化氢酶表达与活性,一方面协同 NfiS 与固氮酶基因 nifK 转录产物的互作保护固氮酶不受氧的损伤;另一方面,低浓度的过氧化氢在过氧化氢酶的催化下被分解,产生的氧气能够支持菌株在氧气不足的条件下进行生物固氮。
    该研究得到国家 973 项目和自然科学基金项目资助。
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