根瘤菌是典型的固氮細菌,與豆科植物的共生關系,能誘導豆科植物根或莖形成根瘤并在根瘤內將氮氣還原為氨,是地球上最有效的生物固氮系統,對農業的可持續發展、全球氮循環影響深遠。截至目前,已知根瘤菌主要分布于α、β和γ-變形菌綱,涵蓋3個目、9個科和21個屬,常見的有慢生根瘤菌屬、根瘤菌屬等。
新根瘤菌屬隸屬于根瘤菌科,目前已發表8個有效種,但尚未有從大豆中分離該屬菌種的報道。中國科學院東北地理與農業生態研究所科研人員,從大豆根瘤中分離并鑒定出一株新根瘤菌屬的新種。研究發現,該根瘤菌與已知新根瘤菌屬菌株的16S rRNA基因序列相似度為98.14%至98.57%,略低于新種鑒定閾值98.65%。全基因組平均核苷酸一致性和數字DNA-DNA雜交值,均低于新種鑒定標準。結合表型特征和細胞化學組分的結果,進一步驗證了該菌株的生物學特征,確定其歸屬于新根瘤菌屬的一個新種,命名為Neorhizobium glycines EC2-8T。進一步基因組分析表明,EC2-8T是已測序新根瘤菌屬菌株中基因數量最多的。EC2-8T中信號轉導和代謝相關基因占比較大,或可助力其參與侵染豆科植物和共生固氮的生物過程。
共線性分析顯示,不同菌株基因組存在重組現象,這反映它們為適應不同生態環境而進行進化調整。研究構建熒光標記菌株后發現,EC2-8T能夠侵染大豆根瘤,并促進大豆結瘤。與商業化成熟的優良根瘤菌菌株USDA 110T相比,EC2-8T在根瘤數量、鮮重和固氮酶活性等方面,均表現出顯著優勢,凸顯該菌株在未來農業生產中具有應用前景。
目前該菌種已作為該屬的模式菌株,保藏在中國和韓國微生物菌種保藏中心。該研究為國際根瘤菌菌種資源庫提供補充,利于研究同行免費獲取菌種資源,便于開展不同根瘤菌生物學特征和固氮機制研究。
相關研究成果發表在《植物、細胞與環境》Plant ,Cell & Environment上,研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃和中國科學院相關項目的支持。
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