高效固氮大豆根瘤菌SMH12的全基因组测序及比较基因组分析

费氏中华根瘤菌SMH12(Sinorhizobium fredii SMH12),生长代时较短,属于快生型大豆根瘤菌.SMH12具有高效固氮、宿主范围广、匹配性强、遗传物质稳定等特点,为充分开发该菌应用潜力和研究价值,有必要解析SMH12的基因组序列.采用Illumina Hiseq与Pacbio测序技术相结合对SMH12菌株进行全基因组测序.进一步使用相关软件对测序数据进行基因组的组装、基因预测与功能注释、COG/GO聚类分析以及比较基因组分析.测序结果显示,SMH12基因组包含1条染色体和2个质粒,染色体大小为4022924 bp,质粒pSfSMH12a大小为2394395 bp,质粒pSfSMH12b大小为556376bp,序列已提交至GenBank数据库,登录号为CP035038-CP035040.基因预测与rRNA、tRNA查找显示,SMH12基因组含有6836个基因,有9个rRNA和55个tRNA.比较基因组分析的直系同源基因比对与共线性分析显示,SMH12与S.fredii HH103大部分基因相同,亲缘关系最密切;只有约17%的基因不同.COG分类比较分析显示,SMH12中转座因子和碳水化合物的转运与代谢这两类相关基因的占比明显高于Bradyrhizobium diazoefficiens USAD110.本研究首次报道SMH12基因组序列并分析了其基因组基本特征,与其他代表性大豆根瘤菌进行了比较基因组分析.结果丰富了根瘤菌基因组数据库,也为构建高效固氮的大豆根瘤菌工程菌提供了一定依据和基因资源.(图6表2参35)

大豆快生根瘤菌SMH12效应蛋白NopP在共生固氮过程中的功能

【目的】研究Sinorhizobium fredii SMH12中的nopP在共生固氮过程中的功能,为深入解析根瘤菌效应蛋白的菌植互作机理提供线索,进而为大豆高效根瘤菌的遗传改良提供一定的科学依据。【方法】利用生物信息学分析nopP的结构特征,构建nopP缺失、过表达和互补菌株,并对其进行共生表型分析;通过qRT-PCR分析nopP在共生过程中的时空表达特征,测定在接野生型和突变体的冀豆17中NIN、ENOD40、PR1、PR2和PR5的表达量;采用激光共聚焦显微镜观察NopP的亚细胞定位。【结果】根瘤菌的NopP不包含任何已知功能域,与病原体的任何Avr效应物没有同源性。nopP缺失之后对冀豆17和中黄13的根瘤固氮酶活均有显著影响,在瘤数上对冀豆17有显著增加,表明nopP突变后促进其与冀豆17和中黄13的共生固氮。qRT-PCR显示,nopP在自生条件下少量表达,在共生条件下表达量显著升高,尤其在接菌2 d后表达量达到最高,显示该基因可能与根瘤菌早期侵染相关。此外,发现NopP在烟草叶片和大豆根中均定位于细胞膜和细胞核。接种突变体的冀豆17根中NIN的表达量升高1.2倍,PR5的表达量降低3.6倍。【结论】效应蛋白NopP在与大豆共生过程中,参与根瘤菌的早期侵染以及在根瘤菌与豆科宿主植物之间的免疫防御反应中发挥重要功能。