中国农大研究团队揭示广宿主根瘤菌维持高效共生固氮的新机制

微生物学著名刊物mBio于2021年10月26日发表了我院根瘤菌研究团队题为Global transcriptional repression of diguanylate cyclases by  MucR1 is essential for Sinorhizobium-soybean symbiosis的研究论文。该研究揭示了广宿主根瘤菌Sinorhizobium fredii CCBAU45436 通过锌指转录因子MucR对二鸟苷酸环化酶转录的全局性抑制，限制响应c-di-GMP (环二鸟苷酸)的高耗能生理过程，维持其与大豆高效共生的作用机制。

该研究首先对广宿主根瘤菌Sinorhizobium fredii CCBAU45436基因组编码的25个可能具有二鸟苷酸环化酶功能的蛋白进行了酶活鉴定，发现8个有功能的二鸟苷酸环化酶 (从2分子GTP生成1分子c-di-GMP)；同时鉴定了一个具有分解c-di-GMP能力的磷酸二酯酶。进一步通过转录组分析、反向遗传学、二鸟苷酸环化酶或磷酸二酯酶的根瘤特异性诱导表达、根瘤c-di-GMP水平测定、响应c-di-GMP的高耗能生理过程的基因转录分析、凝胶阻滞分析等，发现根瘤菌的锌指转录因子MucR直接抑制8个二鸟苷酸环化酶的转录，限制c-di-GMP在大豆根瘤中的生成及响应c-di-GMP的多个高耗能生理过程，从而维持高效共生关系。这是该团队在根瘤菌结瘤固氮功能与基因组背景整合机制方面的又一阶段性成果(ISME J 2021, 2018; mSystems 2021; mBio 2020; PLoS Genetics 2018; Environ Microbiol 2017)，为进一步通过合成生物学手段提升共生固氮效率提供了重要依据。

图1.高效固氮根瘤中锌指转录因子MucR对二鸟苷酸环化酶编码基因的全局性抑制

生物学院博士生李梦琳为该论文的第一作者，田长富教授为通讯作者。参与该研究的还有团队成员焦健副教授、博士研究生张碧亮和石文涛，及已毕业本科生俞文灏。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、农业生物技术国家重点实验室自主研究课题、中国农业大学“2115人才培育发展支持计划”(青年科学家创新团队)等项目的支持。

论文链接：

https://journals.asm.org/doi/10.1128/mBio.01192-21

来源：中国农大