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生物所揭示非編碼RNA協同調控固氮機制

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  近日,中國農業科學院生物技術研究所微生物功能基因组创新团队林敏课题组在水稻根际联合固氮施氏假单胞菌中发现新型非编码RNA参与协同调控固氮酶活性,为进一步揭示生物固氮网络调控机制奠定了重要理论基础。相关研究成果在线发表在《应用环境微生物学(Applied and Environmental Microbiology)》上。

  生物固氮是固氮微生物特有的一种生理功能,这种功能是在固氮酶的催化作用下进行的,受胞内能源供应和环境胁迫因子影响较大。为适应环境变化,固氮微生物在进化过程中形成了一套复杂的调控系统,固氮细胞需要表达和维持足够的nif mRNAs分子,才能确保高效固氮酶活,但相关调控网络和作用机制目前还不清楚。

  此前研究已发现了第一个直接参与固氮转录后调控的新型的非编码RNA NfiS,该研究中,科研人员鉴定出第二个参与固氮基因转录后调控的新型非编码RNA,并命名为NfiR。通过分子生物学实验和生理生化表型鉴定证明NfiR在环境胁迫应答和固氮等代谢过程中发挥重要的调控功能。 NfiR不但能够与固氮酶基因nifD mRNA直接相互作用,增强其转录后的稳定性,而且与非编码RNA NfiS协同参与最佳固氮酶活性的调控。该研究首次证明2个感应不同环境信号的非编码RNA协同调控固氮酶的最佳活性,这种协同调节作用可能是固氮微生物在复杂多变的根际环境中的一种进化适应策略。

  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並在農業生産上應用,是實現綠色高效農業生産的一項富有挑戰性的研究課題。該研究爲解決這一難題邁出了堅實的一步。

  该研究得到了国家973项目和自然科学基金项目的资助。(通讯员 崔艳)

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

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