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生物所揭示非编码RNA协同调控固氮机制
【发布时间:2019-07-23】【关注度:

    近日,生物所微生物功能基因组创新团队林敏课题组在水稻根际联合固氮施氏假单胞菌中发现新型非编码RNA参与协同调控固氮酶活性,为进一步揭示生物固氮网络调控机制奠定了重要理论基础。该成果发表在最新一期的经典微生物学杂志《应用环境微生物学(Applied and Environmental Microbiology)》上。
    生物固氮是固氮微生物特有的一种生理功能,这种功能是在固氮酶的催化作用下进行的,受胞内能源供应和环境胁迫因子影响较大。为适应环境变化,固氮微生物在进化过程中形成了一套复杂的调控系统,固氮细胞需要表达和维持足够的nif mRNAs分子,才能确保高效固氮酶活,但相关调控网络和作用机制目前还不清楚。
    此前研究已发现了第一个直接参与固氮转录后调控的新型的非编码RNA NfiS, 本研究中,研究人员鉴定出第二个参与固氮基因转录后调控的新型非编码RNA,并命名为 NfiR。通过对nfiR突变株的表型测定和蛋白组学分析,证明NfiR在环境胁迫应答和固氮等代谢过程中同样发挥重要的调控功能,并发现了多个潜在的调节靶标。体外分子互作和体内互补试验进一步证明, NfiR与固氮酶基因nifD mRNA能够发生直接的分子相互作用。结合NfiR和 NfiS双突变株的研究显示,NfiR与NfiS分别与固氮酶基因nifD和nifK的 mRNA结合,通过协同效应增强靶标mRNA的稳定性,进而使固氮酶保持最佳活性。本研究首次证明2个感应不同环境信号的非编码RNA协同调控固氮酶的最佳活性,这种协同调节作用可能是固氮微生物在复杂多变的根际环境中的一种进化适应策略。

 NfiR与固氮酶基因nifD mRNA的分子相互作用

    与豆科结瘤固氮体系比较,水稻根际联合固氮体系不形成根瘤等特殊组织结构,受环境影响较大,其田间固氮效率低下,应用效果不稳定。克服上述天然缺陷,建立高效稳定的联合固氮体系并在农业生产上应用,,是实现绿色高效农业生产的一项富有挑战性的研究课题。该研究为解决这一难题迈出了坚实的一步。

    该研究得到国家973项目和自然科学基金项目资助,战嵛华博士和邓志平博士为共同第一作者,程奇和林敏研究员为共同通讯作者。

    原文链接:https://aem.asm.org/content/85/14/e00762-19

 

 

 
   
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