近日, 由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
生物技術(shù)研究所林敏研究員領(lǐng)銜的微生物功能基因組團隊最新研究發(fā)現(xiàn)，分離自我國南方水稻根際土壤的施氏假單胞菌A1501基因組攜帶一個固氮基因島，其表達(dá)受兩個進化來源不同的網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的精細(xì)控制，而非編碼RNA在最佳固氮調(diào)節(jié)中發(fā)揮了重要作用。相關(guān)成果在線發(fā)表在最新一期的頂尖學(xué)術(shù)期刊《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）。
據(jù)悉，作物根際聯(lián)合固氮菌在長期進化中形成了一套復(fù)雜而精細(xì)的基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控系統(tǒng)，以適應(yīng)復(fù)雜而多變的外界環(huán)境。但目前，聯(lián)合固氮菌如何感應(yīng)環(huán)境信號的分子機制尚不十分清楚，此外非編碼RNA是否參與固氮調(diào)節(jié)也尚無直接試驗證據(jù)。
該研究團隊利用分子生物學(xué)研究表明，固氮酶基因nifK招募了感受逆境信號的非編碼調(diào)控因子NfiS，并且經(jīng)過長期的協(xié)同進化，使其mRNA穩(wěn)定性或翻譯活性受到NfiS高效而精細(xì)的調(diào)控。該非編碼RNA在抗逆與固氮途徑間建立一種確保高效固氮的新的調(diào)控偶聯(lián)機制，是目前報道的第一個直接參與固氮調(diào)控的非編碼RNA，可望成為一個生物固氮智能調(diào)控的候選元件。
研究進一步揭示，固氮施氏假單胞菌在進化過程中發(fā)生了兩次重大進化事件：（1）通過基因島轉(zhuǎn)移獲得固氮能力；（2）通過招募NfiS精細(xì)調(diào)節(jié)固氮使其酶活最佳化。這兩次進化事件賦予了水稻根際固氮菌A1501更強的環(huán)境適應(yīng)能力。NfiS的發(fā)現(xiàn)及其調(diào)節(jié)機制的揭示為打破碳氮限制因子對聯(lián)合固氮田間應(yīng)用的制約，增強聯(lián)合固氮效率，實現(xiàn)非豆科農(nóng)作物節(jié)肥穩(wěn)產(chǎn)增效奠定了重要理論基礎(chǔ)。
該研究得到國家973項目和國家自然科學(xué)基金等項目的資助，戰(zhàn)崳華和燕永亮兩位博士為該論文共同第一作者，林敏研究員為通訊作者。（通訊員 崔艷）
