大豆快生根瘤菌多样性形成机制及竞争结瘤的分子基础研究

根瘤菌菌株间竞争结瘤能力的差异一直是困扰根瘤菌剂应用的瓶颈问题。大豆快生根瘤菌的种质资源主要分布在中国，Sinorhizobium fredii是其中的优势种，而Sinorhizobium sp. I和S. sojae两个新种占少数。本项目将对这些种的9株代表菌株进行比较基因组学分析，并选择50个代表基因对140株菌进行种群遗传群学研究，揭示突变、遗传重组、基因水平转移和自然选择在大豆快生根瘤菌多样性形成中的作用；另一方面，利用对S. fredii优势遗传群代表菌株CCBAU45436突变体库的高通量筛选获得竞争结瘤能力降低的突变体，结合基因组信息，采用分子微生物学、转录组学、蛋白组学相结合的办法揭示影响CCBAU45436竞争结瘤能力的调控途径，并比较这些调控途径在9株代表菌株基因组中的变异情况，确定"变异基因"，对140株菌进行"变异基因"的种群遗传学分析，以揭示其多样性的形成机制。

根瘤菌－豆科植物共生固氮体系是可持续性农业的重要组成部分，可以从源头上减少过量施用氮肥造成的面源污染。本项目完成了9株快生大豆根瘤菌及其他代表根瘤菌基因组的比较基因组分析和进化遗传学分析，揭示了遗传重组和水平基因转移是根瘤菌核心基因组(295个核心基因)的重要进化机制，不同根瘤菌属种在适应共生互作及其他环境条件的过程中，广泛调用了系统发育分支特有的附属基因。在此基础上，筛选出了能够准确区分不同根瘤菌菌种的分子标记；并从突变体库中筛选到快生大豆根瘤菌优势遗传群代表菌株CCBAU45436的一系列竞争结瘤能力降低的突变株，其中很多都是快生大豆根瘤菌及其他细菌中存在的保守蛋白编码基因。这为进一步研究提高根瘤菌共生能力打下了基础。