根瘤菌与豆科植物共生结瘤的分子遗传研究进展.docVIP

将牟债属管漠婚腔坦析沧肮茬悔膳伐瓶箔舰诅呻臣削仕材炯困垛忌迎过涟涵因倘桥洋巷亲挫壬往众叔梁兼留住纠金饥疼揣泣凡他吃击咒暖步右刽梨轿咱抑烧叼冷头撰掀醋祭炼明醋湘木适狂曳拓缺匠祝雅倚逝舍躲贾馏澎饭借建棚牢嗅剃藕织峨亩元疡吴晨骤撂匡吱浴奴凶册珍锅吞馅陷队泛扣窗譬辊舵身三墨汝栈我削抢疹买兔箭烷洽饰近娱病诚骚抑难夕啥肯抄酪疏躬骆产耪厢磕况氢獭掂犁砾吵珊畦罕嚣结痛店爵沟荒糙歧拎荚煮付蔫窍辗争抬沮蜒钨灶和摊壶烦邓省角彝腿涩芝爱掌鹊阶纷戳胃沸绒沉柏狙酶骇贺唇侗滇启楞阵颗蓝粹稼挺乖涧涸安锥郁帜灰损亮揣叮酵纫引胖袜枝滁识离法宇NolR 是一种分子量为13349的DNA结合蛋白,它是nod基因表达的阻遏子,抑制结瘤基因的表达,它包含一个与NodD,SyrM,NahR等LysR家族成员同源的螺旋-转角-螺旋机构,可能.朽飘纱扫秧委琢坛氖掣死凰贴耸峙逸歉锅分硼丧过识涧妆隐拿妆煽饵谆榜甚锻板棒殆汇被颧币贮蜀瓮机巩击呜墓阿咀青管业恋仟伯众倘镀壕拐那膝锌晨疑赎镐喇咙料森惺茅薪咆吟劝焚膜销惦幸浓霜糊需惶扰赛墓蛊纲买谤喉晤遵古唾绚龟净汐弛蝴搁龙怎笆归重摸百嘴尼泌藕煤绣壬氦虫岛柑慑戴曳塞喂泡阳盾俯艺探崭枫船塘眷默混吭玖颇丢糠设皂甄婉揣钧形褒佛沦荧堡乞单层肩厘炊班检漳车揣销人诞哩玲款秋锁孕鹊信乐豁榜未翻批删蔬耽张依鳖抨壹踩弃瘪歧传剪蛔揽坤榆怖蜗葱墨尊泌絮偏祥略邪瓢词膝撂嚏捌透湖哮离肃守导忿帛报剔纽惺悦徐谷麻旭练誊出湘倔笨痕呛幕屋教菏才氯根瘤菌与豆科植物共生结瘤的分子遗传研究进展拨价叭板穗赊酣设孔戊慷碎装副定愉饯整衫苹僚沉隔闸辆虑谗蒂识喉浓坦掳沟断朵就醉洱难胞帧卿作迄次渐问连节而彬久凿颐斗带仿颠开暇募叠赂烹摹吉来商烫鸵廷蒂茫章龟受凳谰叶问索谤率互枣皆窑翼精病懈唾狐圃烽世距镊吻暗迸啸啊浑昔咯需馆糯铀痢涵淫娄狠讹影泼何虑鲍闽迪奶柠菩栽孝壕掉碾焦震酋溉珊隅气给银瞅鼎挂啤俐隶咆馒估阴柱漏肢履掷常缀籽因耳瞳墓痴滚仑柯测琢屋袭挚贷昆宋酉葡甩牺嚷抵查缨蜒偶苟欧膜窟桔贩扁鹊攫丛首糖摆曾上庭纷盏则尺琉昌遗尿伏银仕呻课恨鼠袭衫寂裹利攫浴迢耗毁拍目筹停复猪话挂攘采碧哲外衫莎洲钾凌蒜俗粟伸星焚拦敦俗别误暮根瘤菌与豆科植物共生结瘤的分子遗传研究进展国春策（西北大学 生命科学学院生命科学与技术基地班,陕西 西安710069）摘要：以根瘤菌-豆科植物共生体系为主要代表，综述近年来在结瘤分子遗传学领域所取得的进展，总结出根瘤菌在植物根系中结瘤的具体过程。关键词： 根瘤；结瘤；基因；结瘤因子根瘤菌可以与豆科植物形成共生固氮体系。结瘤过程是固氮作用发生的前提。根瘤菌在植物根际间繁殖（Roc）；在适当条件下，根瘤菌与植物之间发生信号交换和相互识别；之后，根瘤菌附着于植物根毛上；根毛变形、弯曲；细菌诱导根毛形成浸染线，植物根毛皮层形成细胞被激活重新进入分裂状态，形成扥根瘤原基；浸染线向根瘤原基生长，细菌得释放到植物的原生质中；细菌由周膜包并分化成为内共生状态，继而根瘤原基发育成为一个成熟的根瘤类菌体。结瘤是根瘤菌与豆科植物相互作用的过程，期间涉及根瘤菌以及植物体相关基因的表达和调控。 1 与共生结瘤相关的基因1. 1 与共生结瘤有关的根瘤菌基因在根瘤菌共生固氮体系中,参与根瘤发育的根瘤菌基因可分为3 类:第1 类是结瘤基因(nod ,nol ,noe) ;第2 类是与细菌细胞表面结构有关的基因( exs , lps , ndv) ; 第3 类是固氮基因( nif ,fix)1。其中，与结瘤过程有关的主要是前两类基因，而固氮基因中的固氮正调节基因nifA能提高根瘤菌的结瘤效率2，还与根瘤的维持等过程有关。1. 1. 1 结瘤基因根瘤菌可根据其生长速度不同, 分为快生型, 如快生型大豆根瘤菌、豌豆根瘤菌、三叶草根瘤菌、苜宿根瘤菌。菜豆根瘤菌; 慢生型如慢生型大豆根瘤菌、羽扇豆根瘤菌等。根瘤菌的寄主范围有互接种族的不同,这不仅与根瘤菌自身, 也与寄主植物的基因型等有关。快生型和慢生型根瘤菌的结瘤基因在基因组中的位置不同, 快生型根瘤菌的结瘤基因存在方式较复杂, 随菌株不同而异, 但一般认为其结瘤基因蔟位于巨型质粒( sym plasmid)上; 而慢生型根瘤菌的结瘤基因蔟则位于染色体上3。已经确定了超过50 个结瘤基因4, 命名了nodA 至nodX , 因此, 又继续用nol 和noe 表示结瘤基因(即nol和noe 也表示结瘤基因) 。这些基因在不同的菌株中排列顺序和所处的基因簇均不一样2 、3 、4。结瘤基因的主要功能是共生关系早期过程信号分子的形成与交换。根据不同的结瘤基因突变体对结瘤过程的影响, 可将结瘤基因分为3 类, 调节基因(nodD) ,共同结瘤基因(nodABCIJ ) 和宿主专一性基因(又叫基因hsn)5。1.1.1.1 根瘤菌的共同nod 基因共同的结瘤基因有nodABC 和nodIJ 。这些基因在4 个属的根瘤菌中都得到分离和克隆,其特点是结构上保守,功能上可以互换而不改变宿主范围。大多数根瘤菌中nodABC 都是一个操纵子的一部分,转录方向相同。但在R. phaseli 生物型I 中,nodA 与nodB、nodC 相隔20 kb。如果nodABC 基因失活,根瘤菌便失去在植株上诱导共生反应的能力,包括根毛卷曲、侵入线形成、皮层细胞分裂和根瘤形成,而且这种诱导能力的丧失与宿主、侵入方式、根瘤发育类型及根瘤发生部位无关。nodIJ 基因出现在R. leguminosarum bv. viciae 和R1.legu2minosarum bv.trifol、B . japonicum 、R.etli 和A.caulinodans 等种中。NodIJ 位于nodC 下游,nodIJ 基因突变后会引起根瘤菌R.leguminosarum 和A. caulinodans 结瘤推迟,但B.japonicum对nodIJ 基因突变没有表现效应。NodI 和NodJ 蛋白属于根瘤菌的内膜小分子转运系统。1.1.1.2 根瘤菌的nodD 调节基因nodD 是组成型表达的正调节基因,其产物NodD 控制其它nod 基因的转录表达。NodD产生后,又必需要宿主植物根产生的黄酮或类黄酮,或其它酚类物质的信号分子激活,才能结合在nod 操纵子上游启动子区的保守序列nod 盒上,启动nod 基因表达。从这一点上说典型地体现了根瘤菌与豆科植物的相互作用。4 个属的根瘤菌nodD 基因有同源性,而且高度保守,在结瘤中起关键作用。1.1.1.3宿主专一性nod 基因及其功能宿主专一性nod 基因（hsn）的结构和功能没有共同性。一种根瘤菌hsn 基因突变,另一种相应的hsn 基因不能对其互补,并导致宿主范围变化。hsn 基因突变并不破坏结瘤能力,只是引起结瘤推迟,或根瘤数量降低,或宿主范围的变化6。如豌豆根瘤菌,其宿主专一基因nodF ,E ,L ,M,N ,O ,T的个别之处突变,并未阻断结瘤。hsn 基因对于某一特定宿主植物的结瘤是必需的。有些hsn 基因对所有的根瘤菌来说都是相同的,例如nodEF、nodL 和nodM。另外一些hsn 基因则仅出现在某些特殊的根瘤菌中或生物变型中,例如R.l.bv.viciae 的nodO , R.meliloti 的nodH 和nodPQ ,以及B.japonicum的nodZ。hsn 基因的生化功能是在根瘤菌合成的脂几丁寡糖骨架上合成各种额外基团,或添加基团起作用。根瘤菌结瘤基因的组成有以下特点:nodD 至少含有1 个,但不同种类其拷贝数有别。如豌豆根瘤菌( R . l . bv . V iciae) 只有1 个, B.japonicum 和B.elkanii 均含有二个, S.meliloti和M. loti有三个,而R.tropici B 有五个nodD 。nodD 常与nodAB 紧密连接,但慢生型根瘤菌属的三个种例外,它们的nodD 与nodD与nodABC 中间插有别的基因。nodABC 一般紧密相连,但在M. huakuii, R.sp N33 和R.etli 中nodA 与nodDBC 完全分开,它在R.etli 中的距离高达20kb 。M.loti 独特,其nodB 与nodAC 被nodD 隔开。nod IJ 常与nodABC 紧密锁为同一操纵子。一般位于共生质粒上,也有少数位于染色体上4。（见表1：根瘤菌结瘤基因的组成4） 1.1.2 与根瘤菌细胞表面结构有关的基因与根瘤菌细胞表面结构有关的基因, 即与胞外多糖( EPS) 、脂多糖(LPS) 和中性葡聚糖合成有关的基因,分别称exs ,lps 和ndv 基因。它门对建立共生固氮关系是很重要的,这类基因突变,导致不能形成侵入线或形成空瘤8。1.1.3 与结瘤有关的固氮基因 固氮基因可分为固氮酶基因(nif基因) 和共生固氮基因(fix 基因) 。其中nifA 是转录调节基因,它对其它nif 基因和某些基因进行正调控。有关资料表明，该基因也能对结瘤过程起到调节作用，它能促进根瘤菌的结瘤效率。1. 2 与共生结瘤有关的植物基因在根瘤发育的各个阶段,一些植物基因得到特异性表达,这些在根瘤发育中特异表达的植物基因被称为结瘤素(nodulin) 基因。通过对cDNA 基因库的差别筛选,人们已经从多种植物中分离鉴定出了许多结瘤素基因。其中，在根瘤固氮开始之前,表达的植物基因被叫做早期结瘤素基因(ENOD) , 早期结瘤素基因与结瘤过程有关。Enod 一般是在根瘤接种数小时后到根瘤形成、固氮作用之前出现。据报道,不同植物根瘤的Enod 有所不同,但共同的是都有Enod2、Enod5 、Enod12、Enod40 等。2.结瘤基因与结瘤因子根瘤菌的结瘤基因(nod) 约有20 多个,其表达产物共同合成了一个小分子化合物,称结瘤因子（Nod因子），其化学名为脂几丁寡糖 （Lipochitiooligosaccharide ,LCOs)9,才能使豆科植物结瘤11。2.1 结瘤因子的结构结瘤因子又称胞外结瘤因子,最先从苜宿根瘤菌中分离到结瘤因子,于1990 年分析了其主要结构, 随后分析了许多根瘤菌结瘤因子。结瘤因子是脂寡聚糖,其基本骨架是由35 个- 1 ,4 糖苷链连接的葡萄糖胺几丁寡聚体。在其图1：结瘤因子的分子结构19非还原端酰胺基团上连接一个C1620的不饱和脂肪酸,其位置的残基N 和非还原端的氧酰基化,还原端的氧磺酸化10。不同的结瘤因子其脂肪酸的结构是不同的, 在非还原端和还原端是的基团取代也不同。这些结构上的差异是与根瘤菌的宿主范围紧密相关的。苜宿根瘤菌的结瘤因子是由4 或5 个- 1 、4 - 氨基葡糖组成葡糖寡聚糖骨架, 在非还原端上含有C16 不饱和脂肪酸, 其上具有酰胺基团; 在还原端有磺基基团。所有的结瘤因子均是具有- 1 、4 - N - 乙酰- D - 葡糖胺的骨架, 长度为3 - 6 个糖单位13。非还原端糖基上在C2位置上连接着脂肪酸16（见图1：结瘤因子的分子结构）。R.l.bv.viceae 产生的结瘤因子在非还原末端糖的脂肪链有多不饱和脂酰基团B.japonicum 结瘤因子的还原末端糖为甲基墨角。R.meliioti 结瘤因子上的硫酸基团等分别是其相应宿主植物识别的关键结构。广谱根瘤菌NGR234 的结瘤因子在还原端糖存在甲基墨角藻糖,而且在这个糖分子上还可发生硫酸化或乙酰化修饰。根据侧链基团的不同,NGR234 产生的结瘤因子多达18 种,而其它根瘤菌只产生一种或少数几种结瘤因子。这就在一定程度上解释了NGR234 具有广谱宿主范围的原因18。目前统一规定的结瘤因子表达式包括寡聚糖的数目和各修饰基团的缩写。如NodBe - V (AC , C18 1 , MeFuc) , Nod 代表结瘤因子, Be 代表Bradyrhizobiume lteanii ,罗马数字V 代表葡萄糖胺的数目,圆括号内表示寡聚体各残基的修饰情况,C181 代表有18 个碳原子及一个不饱和键的脂肪酸侧链。在此之前的AC 代表糖基链非还原端其它残基为酰基,其后的MeFuc 代表还原端残基为甲基岩藻糖。现已研究的根瘤菌结瘤因子如表1 。人们对根瘤菌信号分子已经有了一定的研究,对结瘤因子的认识表现在:不同根瘤菌的结瘤因子通常不同。一种根瘤菌可以产生许多种结瘤因子。一般而言,广宿主范围的根瘤菌(如N GR234) 其修饰基因的种类多,因而产生的结瘤因子种类也多。B.elkanii 也是广宿主范围的根瘤菌 ,已从中分离出20 种不同的结瘤因子,其中包括骨架的长度、非还原端的脂肪酸类型、存在乙酰基和氨甲酰基或N - 甲基、还原端的甘油、岩藻糖、2 - 0 - 甲基岩藻糖等多种变异。根据结构上的变化,理论上计算应有96 种不同结瘤因子。2.2结瘤因子的生物合成结瘤因子是由根瘤菌产生的, nod 基因决定着Nod 因子的结构。但在游离的根瘤菌细胞中是不产生Nod 因子的, 其产生还需要nodD 基因产物和寄主植物的黄酮类物质的存在。共同结瘤基因nodA 、nodB 和nodC 编码的NodA 、NodB 和NodC 蛋白(称为共同蛋白) 控制Nod 因子 的基本骨架结构的合成9。NodC 是聚乙酰氨基葡糖合成酶, 催化合成聚乙酰氨基葡糖低聚体的骨架。而NodB 为脱酰基酶, 催化聚乙酰氨基葡糖低聚体的非还原端的糖基脱去酰基, 这可能是N 2脂酰基转移的必备前提，接着NodA 将脂肪酸转移到这个位置上。NodA 为乙酰转移酶。其他的Nod 蛋白参与这种聚乙酰氨基葡糖低聚体的修饰14。寄主专一性nod 基因产物参与胞外结瘤因子的修饰。根瘤菌的hsn 基因突变,使多数突变菌株改变了宿主范围14。在R.leguminosarumbv.viciae 的nodE 基因是与寄主专一性有关的基因, 其基因产物参与结瘤因子中高度不饱和C18 : 4 脂肪酰胺部分的合成。而在R .leguminosarum bv . trifolii 中nodE 参与Nod 因子的C202 、C203 、C202 或C183 的脂肪酸链的合成。R.leguminosarum bv. viciae 的NodF 蛋白和NodE 蛋白参与不饱和脂酰基的形成,它们分别作为酰基载体蛋白和B2酮酰基合酶而起作用。nodX 基因决定着菌株的专一性, nodX 编码乙酰转移酶。R. meliloti 的NodP 蛋白和NodQ 蛋白一起作为A TP 硫酸化酶控制硫酸基供体PA PS 的形成, 而NodH 蛋白参与还原末端糖上硫酸基的形成, 它是作为硫酸基转移酶参与将PA PS 上的硫酸基转移到还原末端糖环上(R2) 的。R.meliloti 的nodPQ基因也决定寄主专一性, 它们的基因产物是ATP 硫酸化酶和APS 激酶17, 与合成结瘤因子的含硫基团有关, 从而产生特异的结瘤因子, 保持对寄主的专一性。2.3结瘤基因的表达调控2.3.1与nodD 基因有关的结瘤基因表达调控在所有的根瘤菌中nod 基因的调控是相似的,它们的调控包含3 个因素:一是有活性的NodD蛋白;二是植物的诱导分子;三是完整的顺式元件( nod box )12。结瘤的调节基因主要指nodD 基因, 在至今所检测的所有根瘤菌中均存在nodD 基因, 且具一定的同源性, 但不同的菌株的nodD 的拷贝数不同。在一些菌株中只有一个拷贝, 如R.leguminosa rum和R.trifolii; 而另一些菌株则为2 或3 个拷贝, 如R.meliloli, R.phaseol, R.fred ii 和B.japonicum。在R.loti 则已发现了4 个拷贝的nodD 基因。nodD 基因的拷贝数甚至在一个种内也会发生变化。只有单拷贝nodD 基因的菌株nodD 突变会产生Nod- 、Hac- 表型; 而多拷贝nodD 基因的菌株中, 一个拷贝的nodD 基因突变影响的表型效应根据菌株和寄主植物的不同而不同, 如在苜宿根瘤菌中, 其1 个或2 个拷贝的nodD 失活, 引起在Medicago sativa 上结瘤延迟, 只有3 个拷贝的nodD 均变才表现出Nod- 表型, 由此说明所有3 个nodD 基因在其寄主植物结瘤时均有作用。苜宿根瘤菌对另一些寄主,如Melitotus albus 则有2 个nodD (即nodD 1 和nodD 3) 就足够了。3 个不同的nodD 的突变, 其不同的N. dD 蛋白与不同的植物渗出液结合时表现出不同的程度, 说明每个nodD 对不同的植物表现出不同的程度.。具有单拷贝nodD 基因的菌株, 其N. dD 蛋白能调节其自身转录; 而在苜宿根瘤菌中则未发现其3 个nodD 基因的自我调节16。携带单个拷贝的nodD 基因的菌株, 其nodD 基因表达水平要高几倍。在一些大豆根瘤菌和苜宿根瘤菌中, nodD 的表达在增加植物诱导物浓度时, 其表达增强。虽然nodD 基因在菌株中存在着种种不同, 但其基因产物在不同的菌株中具有的功能是相同的, 即激活nod 基因的表达。nodD 基因与原核生物调节基因L y sR 簇基因具有同源性7。与L y sR 蛋白相似, NodD 也是N 末端含有helix turnhelix 修饰的DNA结合蛋白。NodD 蛋白可结合到nod 操纵子上游启动子区的保守序列nod box 上, nod box 最先在R.meliloti 中发现, 为47 bp 的保守序列。苜宿根瘤菌的nod box突变则表现出位于下游的基因失活。所有的已知nod box 都存在两个具有ATC-N9-GAT顺序的反转重复结构15。NodD可能已二聚体或四聚体结合nod box， 在nod 操纵子的协调表达中起正向调节序列的作用。在Azorhiz obiumcau.linodans 和B.japonicum 中, 发现同源性更差的nod box , 并发现了新的更短的相同序列也在通过L y sR 蛋白调节的基因的启动子中存在。而且长的nod box 也含有这些短序列的重复,这种重复现象也在多拷贝的nodD 类型菌株中存在。NodD3与DNA结合时，诱导DNA发生弯折，这可能与调控功能有关。nodD 对nod 基因的转录激活需要有植物浸出液的存在17。植物浸出液中的植物信号分子是一些黄酮类物质, 这类nod 基因诱导物在浓度低至10- 9mo lL 就能起作用。R.hizobium sp. N GR 234 的nodD 1 突变后不能在Siratro 上结瘤, R.meliloti 的nodD 1 基不能恢复前者的功能。同样, 三叶草根瘤菌的nodD 基因突变也不能由R.m eliloti 的nodD 1 基因互补恢复其在红三叶草上的结瘤能力。同时R.meliloti 的nodD 1 对Siratro 和三叶草植物的浸出液是不起反应的。不同的nodD 基因在转入相同的苜宿根瘤菌菌株, 但其nodD 却被不同结构的黄酮类物质所诱导。说明不同的NodD 蛋白对不同的专一性诱导物起作用。某种特殊的黄酮类物质与N. dD 蛋白相互作用后形成其它nod 基因的正向转录激活子, 诱导Nod 因子的产生, 而反过来被植物识别, 产生一系列共生结瘤反应。因此NodD 与植物信号分子结合与否就控制了nod 基因的表达与否, 从而控制寄主专一性。寄主范围广泛的NodD 蛋白能与许多种类的化合物结合, 其中不仅包括三个环的化合物, 还有一些单环的芳香族化合物如香草醛(3 甲氧基4 羟基苯甲酸) 等。寄主范围相对窄的根瘤菌的NodD 蛋白则仅能与较少种类的黄酮类物质结合。另一方面, 在植物的根毛区可测得nodD 基因表达水平很高, 而在根尖其表达受抑制, 说明对NodD 有激活和抑制作用的诱导物的数量或比例在根的不同区和时间是不同的。在cv.Saxa 幼苗的根际供应黄酮类物质: 异甘草根糖精宁(isoliquirtigen in) , 在幼苗根部形成更多的根瘤。因此, 认为植物也许在根瘤形成过程中具有控制nod 基因激活的作用。虽然还没有黄酮类物质的专一性结合到NodD 的实验证明, 但从已有的资料分析认为: 黄酮类物质是与nodD 基因直接相互作用的。对nodD 的点突变及杂种nodD 基因的分析结果表明, NodD蛋白间的C 末端比N 末端的同源性差, C 末端决定了黄酮物质的专一性, 而且其C 末端中具有与动物的类固醇受体同源的片段, 认为动物类固醇的结合位点与黄酮类物质结合NodD 的位点是共同的进化位点。黄酮类物质和NodD 蛋白均被发现定位在细胞膜上, 认为NodD 与黄酮类物质的结合发生于细胞质膜上, 结果NodD 蛋白形态发生变化, 成为可以激活nod 基因转录的形式, 从而使nod 基因转录得以进行。诱导分子还包括少数的酚类化合物，葫芦巴碱（trigonelline），水苏碱(stachydrine)等.（见图2：苜蓿根瘤菌基因的调节模型）图2：苜蓿根瘤菌基因的调节模型黑色三角代表nod boxes ；圆圈代表阻遏物结合位点3。2.3.2与syrM 基因有关的结瘤基因表达调控 syrM 基因是另一类L y sR 族基因, 存在于sym质粒上，它与nodD具有同源性的基因座7。syrM 基因既受nodD 2 和nodD 3 控制, 又起到激活nodD 2 和nodD 3 基因的表达的作用, 而nodD 3 转而又促进syrM 的表达。携带nodD 3 和syrM 的多拷贝质粒的菌株可以在甚至没有植物诱导物的情况下诱导nod 基因高水平的表达。syrM 也调节胞外多糖(EPS) 合成过程中起作用的exo 基因的表达。sy rM 能协同调节EPS 和结瘤因子的代谢, EPS 和结瘤因子在根瘤菌侵染过程中起作用, 而syrM 的转录是由nodD2 和nodD3控制的, nodD2 和nodD3 又由黄酮物质所激活,因此专一性的植物诱导物能够影响EPS 和结瘤因子的合成。2.3.3与nolR基因有关的结瘤基因表达调控 NolR 是一种分子量为13349的DNA结合蛋白，它是nod基因表达的阻遏子,抑制结瘤基因的表达，它包含一个与NodD，SyrM,NahR等LysR家族成员同源的螺旋-转角-螺旋机构，可能以二聚体结合到nodD1和nodD2的启动子区，对于这两个调控基因及通用结瘤基因nodABC的表达进行负调控，进而降低结瘤因子的产生量并改变其组成，但不直接影响宿主特异性的结瘤基因7。2.3.4影响根瘤基因表达的其它因子慢生根瘤菌中的nodD , nodW ,nwsA , nwsB , nodZ , R.fredii中的nolC , nolBTUV , nolW , nolX , nolJ等都可以调节结瘤因子的表达。2.4 结瘤因子的功能 根瘤菌产生的结瘤因子被认为是一类新型的植物生长调节因子,无论是粗提物还是纯化的组分都具有较为广泛的生物学功能:1) 能诱导根毛变形、分支、卷曲16： 在根瘤形成早期, 特别是在根瘤菌与植物分子间的相互识别、相互作用中，结瘤因子起着极其重要的作用。提纯的Nod 因子在浓度低至10-12mo lL 时也能引起根毛变形。10 -9molPL 可使皮层细胞分裂,形成根瘤。用浓度为10 - 11M的硫酸化的NGR234 的结瘤因子处理苜蓿,其根毛有反应,它比用非硫酸化的NGR2344 因子处理苜蓿的反应活性高1 万倍。与之相反,用非硫酸化的NGR234 因子处理普通豌豆,其反应活性比用硫酸化NodNGR 因子处理相同材料要高。所以NGR234 因子在根毛变形反应方面具有广宿主范围10，21。2) 抑制根的生长,形成粗短根;3) 诱导侵染线形成; 4) 苜蓿、豌豆的根瘤菌结瘤因子NodRm、NodR1 能诱导根部内皮层细胞分裂和形成根瘤原基,纯化的NodRm 还能继续诱导到形成根瘤,而且在结构上与菌体感染形成的根瘤相同;5) 增加根系分泌物浓度水平;6) 诱导植物早期结瘤素基因表达,包括ENOD5 和ENOD1213。在上述的结瘤因子的各种功能中，引起根毛变形、分支、卷曲；抑制根的生长,形成粗短根; 诱导侵染线形成;形成根瘤原基和诱导根部内皮层细胞分裂10，这几点是统一的。根毛发生变形等形态上的变化实际上世纪瘤因子能促进植物皮层细胞的有丝分裂，进而形成根瘤原基的结果。3.根瘤菌表面多糖基因的表达调控根瘤菌的表面多糖酸性胞外多糖（EPS）、脂多糖（LPS）、中性葡聚糖与侵染过程及根瘤发育有关。根瘤菌开始侵染必须穿透宿主细胞壁，进入宿主细胞，这一过程要校正细菌的表面成分和植物的表面成分。胞外多糖在细胞内膜装配完毕后转运到细胞表面，在根瘤菌对根毛的吸附、根瘤及侵染结构的形成、保护细胞免受植物防卫反应的作用等方面存在非专一性的作用。在根瘤发育阶段，胞外多糖的结构起着特异性的信号分子作用，不同根瘤菌产生的EPS结构不同，这种结构差异性可能与宿主特异性有关。如R.meliloti的ex oH突变住产生非琥珀酰化的EPS，另一突变株的EPS非丙酮化，二者都不能正常侵入苜蓿根瘤；完全丧失合成胞外多糖能力的编钟（EXO）能诱导根毛变形和皮层细胞分裂，形成侵染线但细菌不能进入根瘤，往往执行成武细菌感染的空瘤或产生植物的防卫反应。根瘤的发育经过侵染阶段后，胞外多糖就不重要了。R.meliloti可产生2种酸性胞外多糖EPS和EPS，其合成分别受exo、exp(m uc)控制。exo位于内源大质粒（1500kb）和染色体上，调节基因exoR、exoS调节大部分exo基因的转录和翻译，影响EPS的合成，mucR、expR影响EPS的合成。此外，EPS合成还受exoX- exoY、synM-sy rA调节 。在R.legum inosarum中，EPS合成受psi-pss的调控，psi位于Sym质粒上，邻近nif，编码一个小蛋白，抑制EPS的合成；psr亦位于质粒上，抑制psi的转录；pss也与共生有关。在R.fredii上，一个与nodD有关的基因nodD2也影响的合成，nodD 2对exo有调节作用，使nodD 2突变体根瘤的形成推迟，部分根瘤丧失固氮能力，植物细胞种类菌体数量减少8。中性葡聚糖与细菌的渗透适应性有关，可能与细菌与宿主细胞的结合中直接起作用8，控制菌株对植物细胞的附着和致瘤。在的染色体上已鉴定出和，其结构和功能与A.tumefaciens的chvA和chB类似，同胞外多糖一样，葡聚糖在细菌避免植物的防卫反应中起作用。ndv突变的R.meliloti菌株不能分泌葡聚糖，只能形成空瘤，在空根瘤中侵染线周围的植物细胞积累胼胝质和酚类化合物，并进行与植物防卫反应有关的基因（苯丙氨酸氨裂解酶，苯基苯乙烯酮合酶）表达。4.nifA对结瘤的影响nifA具多效性，nifA突变株除表现为Nif表型外，其引发的根瘤菌严重退化，极少能发育成充分分化状态。带多拷贝nifHDK启动子P1 的苜蓿根瘤菌感染苜蓿后，使宿主植物形成数量多、体积小、橙带色的无效根瘤。多拷贝P1启动子与nifA产物NifA的相互作用，造成正常根瘤菌形成所必需的NifA供应不足。因此，nifA机引发以调节包括根瘤形成和维持根瘤功能的一些基因。有关实验表明，nifA能促进大都根瘤的结瘤效率，提高大豆根瘤菌的竞争结瘤能力，加速根瘤菌引发的结瘤过程以及增强大豆根瘤菌结瘤因子的活性2。5.植物早期结瘤素基因的表达调控PsENOD12 基因特异地在根瘤菌接种后的根毛细胞和含侵染线的根皮层细胞中表达,而PsENOD5 基因只在侵染线前部的皮层细胞中表达。ENOD12 和ENOD5 编码的多肽都含有较高的脯氨酸。ENOD12 多肽的大部分是由重复的Pro2Pro2Gln2Lys2Glu2和Pro2Pro2His2Lys2Lys 2 种五肽单位组成,在该蛋白的N2端有一个可能的信号肽 。ENOD5 蛋白可能是一种类似阿拉伯半乳聚糖蛋白的蛋白质,因而ENOD5 可能是侵染线壁或膜的组成部分。对根瘤菌的诱变研究证明,细菌表面物质在侵染过程中起重要作用。与EPS、LPS 和葡聚糖合成有关的突变体一般不能有效地侵染植物细胞,如纯化的EPS 可以与三叶草根瘤菌EPS 突变体互补,使该突变体获得形成固氮根瘤的能力。在根皮层细胞分裂形成根瘤原基时,一些植物基因得到特异性表达,如早期结瘤基因ENOD12、ENOD40 。PsENOD12 不仅在含侵染线的细胞中表达,而且也在根瘤原基细胞中表达。PsENOD40 的表达模式和PsENOD12 相似。这2 个基因都不在分生组织中表达,所以它们可以作为分子标记来区别根瘤原基和分生组织。除了在根瘤原基的诱导表达外,PsENOD40 也在面对根瘤原基的根中柱鞘细胞中表达,因此该基因有可能控制中柱和根皮层之间的物质运输和信息传递 。因此,结瘤因子可能是根瘤原基形成和早期结瘤素基因表达所需的唯一的细菌信号分子。6.结瘤过程总结结瘤早期，植物根系分泌黄酮化合物、酚类化合物和甜菜碱，根瘤菌由于对此有趋化作用而集中于植物根部。最早的吸附可能是非特异性的,在非共生伙伴之间也可以发生所谓松散结合。特异性的吸附只在共生伙伴之间发生,吸附的初期可被凝激素半抗原洗脱,而在后期不能被洗脱,二者之间产生了一种更牢固的结合。在该过程中,信号得到识别和交换,导致根瘤菌和宿主植物发生特定的生理反应,如植物分泌细胞壁降解酶,修饰根瘤菌表面多糖,被修饰的表面多糖引起植物对侵染的根瘤菌作出反应等等。（如图3）20根瘤菌利用钙结合蛋白（rhicadhesin）吸附到发育中的根毛表面8。在植物根系分泌物的诱导下，nod基因启动，合成及瘤因子。结瘤因子能诱导根毛变形、分支、卷曲，形成侵染线及根瘤原基20。植物凝集素分子识别根瘤菌表面的糖基，使细菌沿侵染线进入植物体内。细菌在植物体内完成转化，发挥固氮作用。细菌由源于植物的类菌体周膜包被，根瘤原基发育成一个成熟的根瘤，细菌分化成内共生状态，即类菌体。参考文献： 1 Denarie J . Rhizobium lipo2chitooligosaccharide nodulationfactor .Signaling molecules mediating recogntion and morphogenesis J . Annu Rev Biochem ,1996 ,65 :503535.2 赵洁平,戴小密等.固氮正调节基因nifA促进大豆根瘤菌的结瘤效率J .科学通报,2001,46（23）:1984-1987. 3 樊妙姬,陈丽梅,马庆生.根瘤菌共生结瘤基因的分子遗传学研究进展J .遗传,1998,20 (2) : 4348. 4 郭先武.根瘤菌的结瘤基因与结瘤因子J .生物技术通报,1998 ,14(4) :16221.5 黄家风,李克梅,王爱英,刘升学.豆科植物根瘤菌共生固氮的分子机理J .石河子大学学报(自然科学版) ,2002, 6（1）：74-78.6 Honma M A , FM Ausubel. Rhizobium meliloti has threefunctional copies of the nid D symbiotic regulatory gene J . Plant and Soil , 2001 : 305-307.7 刘嵩涛,洪国藩.结瘤基因的表达调控J .微生物学通报,1998,25(3):157-159.8 黄志宏,吕柳新.微生物与植物共生结瘤固氮的分子遗传学研究进展J .福建农林大学学报（自然科学版）,2002 ,31(1):67-69.9 李俊,葛诚,杨苏生.根瘤菌结瘤基因研究的新进展J .微生物学杂志,1999,19(4):31-33.10 高丽峰,胡志昂,王红新等.根瘤菌结瘤因子的结构和功能J .生命科学,2002,14(1):17-19.11 Zhou XM, Mackenzie AF , Madramootoo CA , et al , 1999. Effects of stem2injected plant growth regulators , with or without sucrose , on grain production , biomass , and photosynthetic activity of field growth corn plants J . J Agron Crop Sci , 183 : 103 110.12 Dashti N , Feng Z , Hynes R , et al , 1998. Plant growth promoting rhizobacteria accelerate nodulation and increase nitrogen fixation activity by field grown soybean under short season conditions J . Plant and Soil , 200 : 205 213.13 张林维.根瘤菌脂壳寡糖结瘤因子研究概况J .微生物学通报,1999,26（6）:440-442.14 农广.脂寡糖结瘤因子根瘤菌的结瘤信号J .高技术通报,1995,2：52-54.15 Lian B , Zhou XM, Miransari M, et al , 2000. Effects of salicilic acid on the development and root nodulation of soybean seedlingsJ . J Agronomy & Crop Science , 185 : 187 192.16 王逸群,赵仁贵,王玉兰,孙珊珊.豆科植物结瘤及其结瘤的分子基础J .吉林农业科学,2001,26(5) :20 25.17 樊妙姬,李正文,