茎瘤固氮根瘤菌趋化蛋白CheZ在定植和结瘤中的功能研究

摘要

植物根系分泌物中含有多种营养物质和信号分子可以作为趋化效应物诱导根瘤菌向根系表面趋近,趋化是根瘤菌实现与宿主共生的第一步.细菌跨膜受体感受根系中趋化效应物,发生构象变化,并通过改变胞内CheY-P浓度对外界环境做出响应.CheZ作为趋化通路中的磷酸酯酶,通过调节CheY-P磷酸化水平影响趋化行为.之前研究发现,茎瘤固氮根瘤菌A.caulinodans ORS571趋化通路中的磷酸酯酶基因cheZ敲除后趋化行为严重受损.大量研究表面趋化与定植之间存在紧密的相关性,当整个che簇或个别趋化相关蛋白基因被敲除时,细菌定植宿主的能力显著降低.但有趣的是,cheZ敲除突变体(AC601)对其宿主Sesbania rostrata根部的竞争性定植能力强于野生型.本研究发现cheZ突变体的这种较强的竞争性定植能力不受接种剂量和早期接种时间(＜4h)的影响.普遍认为根瘤菌定植能力和结瘤能力之间存在明显的正相关性,但通过竞争性结瘤实验发现AC601的竞争性结根瘤能力弱于野生型.在单独结瘤实验中,尽管AC601在结瘤数量和固氮能力上的作用与ORS571相似,但在瘤型上,接种AC601的Sesbania不定型瘤数量明显减少.为探究AC601未能将早期定植优势转变为结瘤优势的原因,利用LacZ分别标记ORS571和AC601,并分别对其与宿主根部的互作行为进行长期观测.结果发现,在定植早期,AC601的定植能力显著优于ORS571;到第5天时,AC601和ORS571的定植能力相当;而到第7天时,ORS571与AC601的定植能力发生逆转,ORS571强于AC601.