[01157295]固氮微生物资源、基因组分析及其遗传学研究

固氮微生物在减少化学氮肥用量、改善土壤结构、提高农产品品质等方面具有重要作用。项目组自1998年起,历时18年,在固氮微生物资源和固氮微生物遗传研究方面取得了一系列重要的创新性研究成果。主要科学发现和成果如下： （一）国内外最大的固氮芽孢杆菌资源库的建设和生物多样性研究：通过从全国各地不同植物根际大规模分离筛选和鉴定,建立起1000余株固氮芽孢杆菌（Paenibacillus）资源库,并在国际期刊上定名和发表10个固氮芽孢杆菌新种。采用限制性片段长度多态性、nifH序列分析、16S rDNA序列分析等,揭示固氮芽孢杆菌的生物多样性和遗传多样性。还分离保藏有巴西固氮螺菌、产酸克氏杆菌等一批优良固氮菌。为固氮微生物生物菌肥的产业化提供菌种贮备。 （二）基因组水平上揭示固氮芽孢杆菌的遗传多样性：完成了15个固氮芽孢杆菌全基因组序列分析,通过与多个非固氮芽孢杆菌的比较基因组分析,揭示了固氮芽孢杆菌除含有钼铁固氮酶外,还含有铁铁固氮酶和矾铁固氮酶;有些菌株含有多拷贝固氮酶基因、合成IAA基因、溶磷和抗病基因。为多功能固氮菌种的筛选和应用提供理论依据。 （三）固氮微生物遗传研究为提高固氮效率奠定基础：1.发现和证实最小固氮基因簇（nifBHDKENXhesAnifV）能使大肠杆菌具有固氮能力,将改变对固氮过程必需16个基因的重新认识。多拷贝nifHDK与固氮酶活性呈正相关,而多拷贝nifHDK-like 不参与固氮。2.首次发现和证实9个固氮基因共用一个σ70型启动子,固氮基因表达在芽孢杆菌中受GlnR（氮代谢总调控因子）介导铵的调控,但在大肠杆菌中不受铵调控。3.揭示了GlnB、GlnZ与NifA（固氮基因转录激活蛋白）相互作用调控巴西固氮菌的固氮基因表达;FixL/FixJ双组分系统根据氧浓度调控nifA基因表达;发现杂合双组份系统（Org35）参与巴西固氮菌的趋化性和孢囊的形成。发现和证实了巴西固氮菌中合成IAA的一个新途径。 成果产生的价值：已有2株固氮菌由企业进行产业化;最小固氮基因簇正在被国内外学者应用到转基因植物研究中。发表相关学术论文73余篇,其中SCI收录50篇,获国家发明专利6项、著作2项。该成果的总体水平已达到国家同类技术的先进水平,在部分领域达到国际水平,不仅为我国固氮微生物肥料的产业化提供菌种贮备,也为固氮微生物理论研究提供借鉴。