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生物所揭示非編碼RNA協同調控固氮機制
【發布時間:2019-07-23】【關注度:

    近日,生物所微生物功能基因組創新團隊林敏課題組在水稻根際聯合固氮施氏假單胞菌中發現新型非編碼RNA參與協同調控固氮酶活性,為進一步揭示生物固氮網絡調控機制奠定了重要理論基礎。該成果發表在最新一期的經典微生物學雜志《應用環境微生物學(Applied and Environmental Microbiology)》上。
    生物固氮是固氮微生物特有的一種生理功能,這種功能是在固氮酶的催化作用下進行的,受胞內能源供應和環境脅迫因子影響較大。為適應環境變化,固氮微生物在進化過程中形成了一套復雜的調控系統,固氮細胞需要表達和維持足夠的nif mRNAs分子,才能確保高效固氮酶活,但相關調控網絡和作用機制目前還不清楚。
    此前研究已發現了第一個直接參與固氮轉錄后調控的新型的非編碼RNA NfiS, 本研究中,研究人員鑒定出第二個參與固氮基因轉錄后調控的新型非編碼RNA,并命名為 NfiR。通過對nfiR突變株的表型測定和蛋白組學分析,證明NfiR在環境脅迫應答和固氮等代謝過程中同樣發揮重要的調控功能,并發現了多個潛在的調節靶標。體外分子互作和體內互補試驗進一步證明, NfiR與固氮酶基因nifD mRNA能夠發生直接的分子相互作用。結合NfiR和 NfiS雙突變株的研究顯示,NfiR與NfiS分別與固氮酶基因nifD和nifK的 mRNA結合,通過協同效應增強靶標mRNA的穩定性,進而使固氮酶保持最佳活性。本研究首次證明2個感應不同環境信號的非編碼RNA協同調控固氮酶的最佳活性,這種協同調節作用可能是固氮微生物在復雜多變的根際環境中的一種進化適應策略。

 NfiR與固氮酶基因nifD mRNA的分子相互作用

    與豆科結瘤固氮體系比較,水稻根際聯合固氮體系不形成根瘤等特殊組織結構,受環境影響較大,其田間固氮效率低下,應用效果不穩定。克服上述天然缺陷,建立高效穩定的聯合固氮體系并在農業生產上應用,,是實現綠色高效農業生產的一項富有挑戰性的研究課題。該研究為解決這一難題邁出了堅實的一步。

    該研究得到國家973項目和自然科學基金項目資助,戰崳華博士和鄧志平博士為共同第一作者,程奇和林敏研究員為共同通訊作者。

    原文鏈接:https://aem.asm.org/content/85/14/e00762-19

 

 
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