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细菌的群体感应系统(Quorum sensing，QS)是依赖于种群密度的细菌之间的信息交流。群体感应系统能够调节自由生活细菌的群体行为，也可调控与宿主之间的相互作用。大豆慢生型根瘤菌BradyrhizobiumdiazoefficiensUSDA110能与大豆形成根瘤，具有优良的共生固氮特性。对该根瘤菌群体感应系统进行研究，有助于加深对大豆-根瘤菌共生固氮体系的认识，为根瘤菌的农业生产应用提供理论依据，也对全球氮生态循环研究具有重要的意义。本论文以大豆慢生型根瘤菌模式菌株BradyrhizobiumdiazoefficiensUSDA110(B. d 110)为研究对象，探究了染色体上LuxI-LuxR型群体感应基因blr1062(bjaR1)-blr1063(bjaI)在根瘤菌共生中的生物学作用。研究结果如下：
1.blr1062调节基因与blr1063结构基因作为一个操纵子发挥功能，相互之间进行环式调控；blr1063基因的表达受到大豆金雀异黄酮(Genistein)诱导，但是被大豆种子浸提液(SSE)显著抑制。与野生株相比，blr1062突变株在半固体丰富培养基(YMB)上运动性显著增强48.3%，表明blr1062突变有利于根瘤菌快速在大豆植株根部定殖，以形成根瘤。
2.与大豆的接种实验结果显示：与野生株相比，blr1062突变株接种的大豆在侧根上的根瘤数增加，总根瘤数与根瘤干重略有提高，固氮酶活性及根系表面积分别显著增加82.6%和9.9%，表明blr1062的突变有利于结瘤固氮。这也进一步表明，Blr1062可能是作为负调控因子参与这些共生固氮过程。
3.在综合文献的基础上，构建了B.d110中参与结瘤调控关键基因的lacZ报告基因转录融合体。相较于野生株，blr1062突变株中参与负调控结瘤数的nwsA、nolA与nodD2调控基因，特别是后两者的表达显著降低，而参与结瘤因子合成的结构基因nodY的表达显著增强；与此相反，正调控结瘤数的nodD1、nodW等基因的表达差异不明显。此外，blr1062的突变降低了三型分泌系统中相关基因(ttsI与rhcN)的表达，但是差异不明显。这些结果表明，群体感应系统可能通过NolA以及NodD2参与负调控根瘤菌结瘤过程，这也与接种实验结果相一致。
4.转录组分析结果显示，上述参与结瘤调控关键基因的表达与通过lacZ报告基因获得的结果基本相一致。此外，blr1062的缺失突变使得KEGG富集中大量参与氮代谢通路上相关基因的表达显著下调。在添加不同氮源的最小液体培养基中，blr1062突变体菌株与野生体菌株生长呈现明显差异，表明群体感应系统可能参与根瘤菌的氮代谢过程，从而影响固氮酶活性，但是机理不清楚。蛋白质组学分析显示，尽管差异蛋白的结果与转录组获得的差异基因的结果并不相关，但是KEGG通路富集中，参与群体感应系统的大量基因在翻译水平显著上调。此外，氮代谢过程中，只有谷氨酰胺合成酶与谷氨酸脱氢酶的蛋白表达显著下调，并得到酶活性分析的验证支持。
综合以上结果，大豆慢生型根瘤菌中的群体感应系统可能通过NodD2参与根瘤菌负调控结瘤，并且参与氮代谢过程，从而影响根瘤菌的固氮作用。
1.blr1062调节基因与blr1063结构基因作为一个操纵子发挥功能，相互之间进行环式调控；blr1063基因的表达受到大豆金雀异黄酮(Genistein)诱导，但是被大豆种子浸提液(SSE)显著抑制。与野生株相比，blr1062突变株在半固体丰富培养基(YMB)上运动性显著增强48.3%，表明blr1062突变有利于根瘤菌快速在大豆植株根部定殖，以形成根瘤。
2.与大豆的接种实验结果显示：与野生株相比，blr1062突变株接种的大豆在侧根上的根瘤数增加，总根瘤数与根瘤干重略有提高，固氮酶活性及根系表面积分别显著增加82.6%和9.9%，表明blr1062的突变有利于结瘤固氮。这也进一步表明，Blr1062可能是作为负调控因子参与这些共生固氮过程。
3.在综合文献的基础上，构建了B.d110中参与结瘤调控关键基因的lacZ报告基因转录融合体。相较于野生株，blr1062突变株中参与负调控结瘤数的nwsA、nolA与nodD2调控基因，特别是后两者的表达显著降低，而参与结瘤因子合成的结构基因nodY的表达显著增强；与此相反，正调控结瘤数的nodD1、nodW等基因的表达差异不明显。此外，blr1062的突变降低了三型分泌系统中相关基因(ttsI与rhcN)的表达，但是差异不明显。这些结果表明，群体感应系统可能通过NolA以及NodD2参与负调控根瘤菌结瘤过程，这也与接种实验结果相一致。
4.转录组分析结果显示，上述参与结瘤调控关键基因的表达与通过lacZ报告基因获得的结果基本相一致。此外，blr1062的缺失突变使得KEGG富集中大量参与氮代谢通路上相关基因的表达显著下调。在添加不同氮源的最小液体培养基中，blr1062突变体菌株与野生体菌株生长呈现明显差异，表明群体感应系统可能参与根瘤菌的氮代谢过程，从而影响固氮酶活性，但是机理不清楚。蛋白质组学分析显示，尽管差异蛋白的结果与转录组获得的差异基因的结果并不相关，但是KEGG通路富集中，参与群体感应系统的大量基因在翻译水平显著上调。此外，氮代谢过程中，只有谷氨酰胺合成酶与谷氨酸脱氢酶的蛋白表达显著下调，并得到酶活性分析的验证支持。
综合以上结果，大豆慢生型根瘤菌中的群体感应系统可能通过NodD2参与根瘤菌负调控结瘤，并且参与氮代谢过程，从而影响根瘤菌的固氮作用。