磷胁迫条件下根瘤菌细胞膜无磷脂分析及其生物合成基因分离鉴定

氮和磷都是重要的植物营养元素，现代农业生产依赖包括氮肥、磷肥在内的大量农业化学品的投入。长期大量使用化肥造成土壤结构破坏和水源污染，同时生产化肥的原料和石油能源资源有限，依赖有限的资源终究难以维持农业的持续发展。根瘤菌是发展可持续农业中的一类极为重要的种质资源，不仅可与豆科植物共生固氮,而且某些根瘤菌中还蕴藏着可在磷胁迫条件下生存的基因资源－细胞膜无磷脂合成基因。在磷胁迫条件下，根瘤菌的无磷脂可代替磷脂构成细胞膜, 从而降低自身对环境中磷的需求量, 增强生存竞争能力。本项目拟利用我国丰富的根瘤菌资源, 首先研究磷胁迫条件下细胞膜脂组成, 筛选出产无磷脂的菌株, 然后从中分离鉴定无磷脂生物合成基因。该项研究将初步明确我国根瘤菌细胞膜无磷脂的组成及其生物合成的基因资源，获得具有我国自主知识产权的基因，促进我国对根瘤菌细胞膜无磷脂合成基因资源的评价、保护和利用。

本项目首次系统比较了根瘤菌正常磷含量和低磷胁迫两种条件下细胞膜脂的组成，明确了Sinorhizobium、Rhizobium 、Mesorhizobium和Bradyrhizobium 4个属根瘤菌在不同磷含量条件下细胞膜脂的组成特点，正常磷含量条件下根瘤菌各属间膜脂组成类型极为相似，主要由磷脂酰甘油（PG）、磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰胆碱（PC）、心磷脂（CL）等磷脂组成；低磷胁迫条件下根瘤菌膜脂中磷脂的含量下降，而二酰基甘油三甲基高丝氨酸（DGTS），硫苷脂（SL）及鸟氨酸脂（OLs）等无磷脂的含量升高。但各属间无磷脂组成类型各不相同，存在极大多样性。并在根瘤菌膜脂中发现多种新的膜脂类型，其结构与功能有待于进一步研究。本项目研究表明根瘤菌的膜脂组成与其系统发育地位密切相关。在此基础上，本项目进一步对 DGTS合成基因进行了研究，从一株根瘤菌中克隆获得DGTS合成的２个基因btaA和btaB ，在大肠杆菌中成功表达，并证实了所表达基因的功能。本项研究填补了我国在根瘤菌细胞膜研究领域的空白，同时也丰富了国际上根瘤菌细胞膜无磷脂的知识，极大地推动该研究领域的发展。该项目的研究为解决农业生产中的磷肥短缺问题打开了一个新视角，为构建磷肥节约型转基因植物或转基因微生物储备了优异侯选基因，对促进可持续农业的发展具有重要意义。