玫瑰色考克氏菌SDB9高水平合成生长素的分子机理研究
批准号:
32060027
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
34.0 万元
负责人:
相微微
依托单位:
学科分类:
微生物与环境互作
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
相微微
中文摘要
生长素(auxin)的天然形式吲哚乙酸(IAA)在植物的生长发育过程中发挥重要作用,而且越来越多的证据表明生长素在植物与微生物相互作用过程中发挥重要作用。植物和微生物体内的IAA有多条合成途径,但每条途径中具体的生物反应机制尚有许多研究空白,不同种类的生物个体所依赖的主要合成途径也有待明确。对于革兰氏阳性菌合成IAA的途径了解更少。本研究前期从沙地柏根部分离到具有显著促进植物生长作用的PGPR细菌SDB9,该菌属于玫瑰色考克氏菌属,革兰氏阳性,能高水平合成IAA,全基因组分析存在该菌可能同时存在色氨酸依赖和非依赖的IAA合成途径,本项目拟采用饲喂试验并结合代谢组学分析及同位素标记分析、原核转录组分析确定SDB9菌体内存在的IAA合成途径及关键基因,并通过遗传试验(基因敲除、互补、表达)和生化试验(确定相关酶的活性)来验证相关基因的功能,最终揭示SDB9菌高水平合成IAA的分子机理。
英文摘要
IAA, the natural form of auxin, plays an important role in plant growth and development, and more and more evidences show that auxin plays an important role in plant microbial interaction. There are many synthetic pathways of IAA in plants and microorganisms, but there are many gaps in the specific biological reaction mechanism of each pathway, and the main synthetic pathways that different kinds of biological individuals depend on are still to be clarified. Less is known about the synthesis of IAA by Gram-positive bacteria. In the early stage of this study, the PGPR bacteria SDB9 was isolated from the roots of Sabina vulgaris, which had a significant effect on plant growth. The bacteria belonged to Kocuria. It was Gram-positive and could synthesize IAA at a high level. The whole genome analysis shows that the bacteria may have tryptophan dependent and independent IAA synthesis pathway at the same time. In this project, feeding experiment, metabolomic analysis, isotope labeling analysis and prokaryotic transcriptome analysis are used to determine the IAA synthesis pathway and key genes in SDB9 bacteria, and genetic experiment (knockout, complementation, expression) and biochemical experiment (prokaryotic expression that to determine the activity of related enzymes) to verify the function of related genes, and finally decipher the molecular mechanism of high level synthesis of IAA by SDB9.
研究背景:本研究从陕北抗逆性非常强的天然沙地柏根中分离提纯到了一株植物根部内生细菌,革兰氏阳性,具有很强的耐盐耐碱能力,该菌具有显著地促进植物生长作用,能高水平的合成IAA。推测IAA在其定植、促生过程中具有重要作用,因此深入研究其高水平合成IAA的分子机理,既可以拓展人们对IAA合成过程的认识,也有助于解释植物根际促生细菌通过IAA介导的促生机理。.主要研究内容:(1)不同饲喂条件SDB9菌生长素合成的影响,结果表明用色氨酸(Trp)饲喂,SDB9菌生长素合成显著升高,而利用3-吲哚乙酰胺饲喂,SDB9菌生长素合成变化不大。(2)转录组测序分析表明Indole和Trp饲喂处理的结果明显不同,推测玫瑰色考克氏菌体内应该存在非色氨酸依赖途径。(3)载体构建:利用基因组测序结果对乙醛脱氢酶(aldehyde dehydrogenase)和色氨酸合成酶家族的基因进行了克隆,并完成了相关基因过表达和基因敲除载体的构建。(4)玫瑰色考克氏菌(Kocuria rose)泛基因组分析表明DB9基因组与其他基因组具有保守性,但是其也具有自身特异的基因,这些基因可能作为其与其他基因组发生不同功能的遗传基础。.重要结果与关键数据:转录组测序结果表明Indole和Trp饲喂处理的结果明显不同,推测玫瑰色考克氏菌体内应该存在非色氨酸依赖途径。SDB9与其他5个基因组比较重,发现SDB9具有5个特异基因,另外本研究将这5个基因进行了GO富集分析,发现富集到了10个代谢通路,代表着SDB9会发生进一步的特异作用。根据泛基因组构建,系统发育树的分析结果,以及特异基因分析,三个结果共同指向了SDB9基因组与其他基因组具有保守性,但是其也具有自身特异的基因,这些基因可能作为其与其他基因组发生不同功能的遗传基础。.科学意义与应用前景:本项目初步从机理上进一步证实,沙地柏根际来源的玫瑰色考克氏菌SDB9在遗传特性和进化上比较特殊,一定程度上解释了该菌的生理功能,为其开发成环境友好的微生物肥料提供了科学佐证。
国内基金
海外基金