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科学家揭示联合固氮的分子机理
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科学家揭示联合固氮的分子机理 2008年5月21日，美国《国家科学院院刊》（PNAS）网络版发表了由中国农业科学院生物技术研究所和国家作物基因资源和基因改良重大科学工程为第一主持单位，与中国医学科学院病原生物学研究所、法国巴斯德研究所、北京大学和清华大学等共同完成的重要科研成果——《联合固氮斯氏假单胞菌的固氮基因岛和根际竞争特性》。这一突破性成果对联合固氮分子机理的揭示及其在农业领域的应用具有重要意义。中国农业科学院生物技术研究所分子微生物研究室燕永亮博士为论文的共同第一作者，林敏研究员为论文的共同通讯作者。 在自然界中，某些原核微生物在常温常压下通过固氮酶将空气中的氮素固定为氨，这一过程称为生物固氮，这类微生物称为固氮微生物。据估计，全球每年的生物固氮总量为2亿吨，约占全球作物需氮量的四分之三。在国家863计划、973计划和国家自然基金项目的支持下，林敏实验室与法国巴斯德研究所、中国医学科学院病原生物学研究所和北京大学等国内外同行合作，于2005年完成了分离自我国南方水稻根际的联合固氮斯氏假单胞菌全基因组测序及功能注释工作，斯氏假单胞菌A1501是目前国际上完成全基因组序列测定的第一例联合固氮菌。比较基因组学分析发现，A1501基因组中四个DNA区域具有典型的基因岛特征，所有固氮基因成簇分布在一个49 kb的DNA区域内，形成独特的“固氮岛”，为生物固氮体系进化研究提供了一个结构和功能完整的进化中间类型。利用基因芯片、适时定量PCR和非极性突变株构建等方法，鉴定了一系列可能参与细菌氮信号传导或保持最佳固氮水平的新基因，为进一步深入研究联合固氮基因网络调控奠定了良好的工作基础。通过对A1501功能基因组的研究分析表明，固氮作用、芳烃化合物降解和PHB合成等代谢特征以及抗草甘膦等抗逆特性，使A1501具有较强的应对土壤环境变化的适应能力，并在根际竞争中处于优势地位。目前，从A1501基因组中已分离了芳香族化合物降解基因簇，鉴定了一个新型高抗草甘膦的EPSP合酶基因且已申请国际PCT专利，并开展了一系列生化与遗传学研究，这不仅为探讨稳定联合固氮体系建立的分子机制提供了重要的理论依据，同时新型抗草甘膦等抗逆基因的获得，将为优质高效抗逆农作物新品种培育提供新的功能基因来源，在农业生产中具有重要理论价值和应用前景。（来源：中国农业科学院） （《国家科学院院刊》（PNAS），doi：10.1073/pnas.0801093105，Yongliang Yan，Min Lin） |
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