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《研究解析联合固氮菌挑食有机酸的根际竞争策略》

  • 来源专题：转基因生物新品种培育
  • 编译者： 姜丽华
  • 发布时间：2023-02-13

  •   近日，中国农业科学院生物技术研究所微生物智能设计与合成创新团队与国内外科研单位合作，解析了水稻根际联合固氮菌——施氏假单胞菌A1501碳代谢调控系统参与碳源优先利用和最佳根际定殖固氮的分子机制，相关成果在线发表《交叉科学（iScience）》杂志上。

      Hfq是一个全局性的转录后调控因子，直接或间接参与生长繁殖、趋化运动和环境适应等重要生理生化过程的调控，并被证明参与固氮活性和根表定殖调节，但相关调控机制一直没有解析。

      该研究发现，施氏假单胞菌A1501优先利用琥珀酸和乳酸，随后是柠檬酸，最后是葡萄糖和苯甲酸，而有机酸存在时，非优势碳源如葡萄糖代谢被抑制，表现出一种挑食有机酸的非典型代谢物抑制现象，并受以全局性调控因子Hfq为核心的碳代谢物抑制调控系统的精细调控。研究还发现，在含混合碳源的平板培养或根际环境条件下，全局性调控因子Hfq可通过直接与固氮酶结构基因的mRNA互作，确保根际最佳固氮酶活性，同时激活以葡萄糖为底物、固氮生物膜形成和根表早期定殖所必需的胞外多糖合成，而这一合成途径不被优势碳源抑制。

      该研究揭示了全局性调控因子Hfq在联合固氮菌挑食有机酸和适应根际环境相关调控网络中的核心作用，是固氮微生物在营养争夺激烈的根际环境中进化出的一种生存竞争策略，对于解析根际固氮菌-宿主互作机制、人工设计能量合成模块和高效固氮模块，大幅度增强田间固氮效率具有指导意义。

      该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。（通讯员：崔艳）

      原文链接：https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(22)01935-6

  • 原文来源：https://www.caas.cn/xwzx/kyjz/325413.html
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  • 《北冰洋地方性和世界性固氮菌的分布和生存策略》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2023-06-24
    • 氮固定是全球重要的生物地球化学过程，固氮细菌（重氮菌）如何居住在富含氮的极地海洋尚未确定。由东京大学大气海洋研究所（Atmosphere and Ocean Research Institute of The University of Tokyo）领导的一项研究根据从北冰洋收集的样本和全球海洋宏基因组数据库构建的重氮菌基因组解答了这个问题。研究发现分布在北冰洋和低纬度地区的世界性重氮菌具有适应寒冷的潜力，并且在北极地区分布着特有的重氮菌，这些重氮菌具有适应北极环境的特定基因。这项研究为海洋重氮菌的全球分布和生态学提供了一个新的视角。相关研究成果近期发表在国际著名期刊《ISME》之上。 氮固定是指由专门的原核生物（重氮生物）将N2气体转化为氨的过程，是海洋中活性氮的一个主要来源。长期以来，人们认为N2固定主要发生在蓝藻重氮菌普遍存在的氮（N）耗竭热带和亚热带地区。最近的这项研究表明，即使在富含氮元素的极地地区也会发生N2固定，因此这是一个全球过程。目前，关于极地海洋中重氮菌的信息仅限于编码固氮酶还原酶亚基的nifH序列，因此，极地重氮菌的生理和生态特征尚不清楚。 这项研究从北冰洋的宏基因组数据中成功地重建了重氮菌的基因组，包括蓝藻UCYN-A（Candidatus 'Atelocyanobacterium thalassa'），它是全球海洋中的主要重氮菌之一。其中一个宏基因组组装基因组（MAGs）在分类学上被归入Bacteroidota门，迄今为止还没有来自海洋水体的报道，这表明重氮菌在海洋中的多样性比以前认为的要多。 这项工作还研究了全球宏基因组数据库中每个重氮菌MAG的相对丰度。结果显示，有两种分布模式，分别分布在北冰洋和低纬度地区，表明存在北极特有的和世界性的重氮菌。北极UCYN-A的全长nifH序列与低纬度UCYN-A不同，因此北极UCYN-A可能是北极特有的。 北极地区特有的重氮菌在氨基酸和密码子的使用以及全基因组功能方面与其他重氮菌没有明显的区别，但它们具有其他重氮菌所没有的独特基因组。具体来说，Gammaproteobacterial重氮菌具有多种芳烃降解基因和众多糖基转移酶基因，而北极UCYN-A具有DNA修复基因，可用于适应北极地区的特殊条件。此外，一些北极特有生物主要出现在宏基因组数据的病毒部分（<0.2µm），预计其细胞非常小，表明目前的方法无法捕捉到它们的N2固定。 该研究首先发现了分布在世界各地的世界性重氮菌，这些世界性的物种大多是非蓝藻重氮菌。对它们的基因组进行详细检查后发现，它们普遍具有编码冷诱导RNA伴侣的cspA基因，这是一种在低温下参与维持RNA结构的蛋白质，被称为寒冷环境中微生物之间共享的代表性蛋白质之一。因此，世界性的重氮菌具有冷适应的潜力。在海洋中，寒冷的环境不仅存在于极地地区，也存在于深海中。除光合细菌外，大多数微生物都可以分布在海面和深海，因此，具有低温适应性的非蓝藻重氮菌可以成为世界性的物种也就不足为奇。另一方面，大多数蓝藻重氮菌没有cspA基因。由于蓝藻需要进行光合作用，只能在真光层（<200m）生长，而蓝藻重氮菌一般喜欢高温（>20℃）。因此，蓝藻重氮菌是低纬度地区的特有物种。 这项研究还发现，重氮菌的生物地理分布遵循三种模式之一：低纬度特有、北极特有和世界性。地方性物种可能非常容易受到环境变化的影响。北冰洋是地球上变化最迅速的海洋之一，海冰减少就是一个例子。这项研究不仅为海洋重氮生物的全球分布和生态提供了一个新视角，而且还将有助于我们理解当前和未来可能的北极地区氮固定模式。（於维樱 编译）
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  • 《法国阿格瑞:专注多元菌株微生物制剂技术,开发生物固氮新途径——叶围固氮菌N-LEAF》
    • 来源专题：现代化工
    • 编译者：武春亮
    • 发布时间：2024-07-15
    • 法国阿格瑞植物营养公司(Agronutrition SAS, 简称AGN)始于1969年,总部位于法国南部城市图卢兹,是法国戴商高士集团(De Sangosse Group)的全资子公司,同时也是欧洲生物刺激素产业联盟EBIC理事会成员。作为全球作物精准营养专家,法国阿格瑞(AGN)业务遍布全球60多个国家。 法国阿格瑞(AGN)发展的核心是精准营养高效技术的创新、研制,并基于Physio-efficience ® 技术理念,致力于研发、生产和销售优质的精准农业营养和生物刺激素及生物肥料系列产品,为植物健康生长全程提供科学、精准营养解决方案,助力全球农业可持续发展。2022年,法国阿格瑞(AGN)的生物肥料技术(BIO-Fertilizer)研发中心,历经10年的菌株筛选、选配,开发出了一款含6种复合菌株的叶围固氮菌悬浮剂产品N-LEAF。 众所周知,氮是植物蛋白质、核酸和叶绿素等关键成分的基础元素,是所有生物体必需的。空气中约有78%的氮气,然而绝大多数植物不能直接利用空气中的氮气,必须依赖从土壤中吸收氮肥以满足自身生长的需求。然而施用到土壤的氮肥有超过50%流失到环境中:要么进入大气,要么渗入地下水,或者通过径流进入溪流、河流和湖泊,造成环境污染!当下,全球众多企业及相关研究单位致力于提高养分生物利用率,实现减肥增效,实现农业作业与环境保护和谐、持续发展,而针对氮元素,生物固氮是一个提高氮生物利用率有效方式之一。生物固氮主要存在于豆科作物及一些可以和根瘤菌产生共生关系的作物,近几年根部共生固氮菌类产品开发,为生物固氮开辟了新的市场和机遇,但根部固氮类产品的应用推广也遇到了很多挑战,比如接种问题,目前很多种子,如玉米和小麦种子应用化学杀菌的种衣剂产品,加大了接种菌剂的难度。 2022年,法国阿格瑞(AGN)的生物肥料技术(BIO-Fertilizer)研发中心,历经10年的菌株筛选、选配、验证,开发出了一款含6种复合多元菌株的叶围固氮菌液体制剂产品N-LEAF。N-LEAF叶围固氮菌是基于植物周围微生物生存的环境条件(植物微生态圈),即植物根际微生物圈、植物叶围、植物内圈进行研究,同时,植物叶围是地球上微生物最集中的环境之一,仅次于土壤根围微生物。据估计,全世界陆生植物的叶面积超过 6.4 x 10 8 km 2 (Andrews和Harris, 2000)。叶围微生物由细菌、病毒、真菌、藻类和古细菌组成,且以细菌为主。 法国阿格瑞(AGN)利用生物膜(BIOFILM)技术,对不同菌属、不同菌株在植物叶围下生存及固氮能力进行验证、筛选,得到3种叶围细菌株系(phyllosphere bacteria),2种甲基杆菌株系( Methylobacterium ),1种节肢杆菌株系( Arthrobacter ),并将3种菌属6种菌株有机结合在一起,开发出N-LEAF叶围固氮菌悬浮剂产品。 N-LEAF的微生物菌剂是如何在叶面喷施后生存、繁殖的呢? 通常,植物在生长过程中叶面会释放甲醇。这是植物新陈代谢过程中的废物,N-LEAF中两种菌株的甲基细菌菌株将利用这些甲醇生长、繁殖;N-LEAF中的节肢杆菌菌株虽然不能将甲醇作为能源使用,但是它们通过消耗叶子释放的单糖来维持生存、繁殖。 N-LEAF的微生物菌剂在叶面喷施后功能特点有哪些? 1. 固定大气中氮源,提高植物体氮的吸收利用率 :将空气中的N 2 固定,转化成铵态氮,供应给作物,为作物生长补充氮源。 2. 促进植物合成生长素 :N-LEAF诱导作物产生吲哚乙酸(生长素)和细胞分裂素,促进植物生长,增强叶片光合速率。 3. 占据叶围的物理空间 :植物叶围细菌的数量是非常高的 (10 9 UFC/ML),N-LEAF叶围固氮菌的应用,使得有益菌株占据物理′′叶′′空间,从而限制其他杂细菌和病原菌的增殖,从而鼓励这些有益菌株在叶片增殖和生存。另外,我们的细菌菌株也会产生一种叫做乙酰素的小代谢物,它会刺激SPR(系统性植物抗性物质)合成。 N-LEAF的微生物菌剂在叶面喷施后的具体效果案例有哪些? 案例一: 时间:2021年5月15日 地点:Prunay Le Gillon – 法国 作物:马铃薯 实验处理: ? CONTROL 70%: X=84 kg N/ha ? CONTROL 100%: 120 kg N/ha ? PRODUCT B + X=84 kg N/ha ? N-LEAF: 0.5L/ha + X=84 kg N/ha 结果分析: 马铃薯叶面喷施N-LEAF叶围固氮菌悬浮剂0.5L/公顷,相对对照产品马铃薯产量提高7.9%。另外,应用N-LEAF 0.5L/公顷,在氮投入量减少30%的条件下,维持产量增长。 案例二: 时间:2023年4月13日 地点:Derekegyház-Tompahát- 匈牙利 作物:向日葵 实验处理: ? CONTROL ? PRODUCT B:0.333kg/ha PRODUCT B ? N-LEAF: 0.5l/ha N-LEAF 结果分析: 向日葵叶面喷施N-LEAF叶围固氮菌悬浮剂0.5L/公顷,相对对照产量提高7.6%,每公顷增产177公斤,产量达2501公斤/公顷。 N-LEAF叶围固氮菌悬浮剂不受作物根部土壤环境的影响,通过叶面喷施就能固氮,提高植物氮的生物利用率,正确应用可以减少25%-30%化学氮肥投入;N-LEAF叶围固氮菌悬浮剂可促进作物茁壮生长,增强作物光合速率,让更多有益菌占据作物叶围的物理空间,降低了病原菌的增殖、传播。 联系电话:0531-84244081 网址: www.agronutrition.com 本文将刊登于以下期刊 : 查看全部内容 
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