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首次闡述固氮微生物逆境脅迫適應和固氮酶氧保護機制
日期:2019-10-29 作者:未知 來源:中國農業科學院 點擊:
     近日,中國農業科學院生物技術研究所微生物功能基因組創新團隊林敏課題組首次闡明了新型非編碼 RNA NfiS 參與氧化脅迫逆境適應的生物學功能。該研究為揭示固氮微生物的逆境脅迫適應機制和固氮酶氧保護機制奠定了重要的理論基礎,同時也為增強非生物逆境條件下根際聯合固氮效率,實現節肥增產增效提供了新思路。相關研究成果在線發表在《細菌學雜志(Journal of Bacteriology)》上。
    固氮施氏假單胞菌 A1501 是一株分離自水稻根際的聯合固氮菌,其固氮活性受根際非生物脅迫因子、特別是氧化脅迫因子的影響較大。因此,A1501 在長期進化過程中形成了一套高效復雜的氧保護機制,以滿足固氮的能量需求,同時保護固氮酶不受氧損傷。當前,有關生物固氮的氧保護機制研究是固氮領域的熱點問題,但非編碼 RNA 是否參與固氮酶的氧保護,缺乏直接的科學證據。
    該團隊前期研究發現,A1501 擁有一個參與最佳固氮活性和氧化脅迫抗性調控的新型非編碼 RNA NfiS,但其在氧化脅迫反應中相關靶標和作用機制尚不清楚。在后續的研究中,該團隊首先發現 A1501 氧化脅迫應答體系中的過氧化氫酶編碼基因 katB 和過氧化物感應基因 oxyR 在氧化脅迫抗性和最佳固氮酶活性中發揮重要作用,katB 表達是 OxyR 依賴型。通過實驗證實,NfiS 能夠與 katB mRNA直接相互作用增強其穩定性,并鑒定了兩個具體互作位點。該團隊進一步提出了由非編碼 RNA NfiS 介導的氧化脅迫應答和最佳固氮酶活性的協同調控模型:在轉錄后水平上,NfiS 通過與過氧化氫酶基因 katB 的轉錄產物結合,增強過氧化氫酶表達與活性,一方面協同 NfiS 與固氮酶基因 nifK 轉錄產物的互作保護固氮酶不受氧的損傷;另一方面,低濃度的過氧化氫在過氧化氫酶的催化下被分解,產生的氧氣能夠支持菌株在氧氣不足的條件下進行生物固氮。
    該研究得到國家 973 項目和自然科學基金項目資助。
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