近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所微生物功能基因組創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)林敏課題組首次闡明了新型非編碼RNA NfiS參與氧化脅迫逆境適應(yīng)的生物學(xué)功能。該研究為揭示固氮微生物的逆境脅迫適應(yīng)機(jī)制和固氮酶氧保護(hù)機(jī)制奠定了重要的理論基礎(chǔ)，同時(shí)也為增強(qiáng)非生物逆境條件下根際聯(lián)合固氮效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)肥增產(chǎn)增效提供了新思路。相關(guān)研究成果在線(xiàn)發(fā)表在《細(xì)菌學(xué)雜志（Journal of Bacteriology）》上。
固氮施氏假單胞菌A1501是一株分離自水稻根際的聯(lián)合固氮菌，其固氮活性受根際非生物脅迫因子、特別是氧化脅迫因子的影響較大。因此,A1501在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成了一套高效復(fù)雜的氧保護(hù)機(jī)制，以滿(mǎn)足固氮的能量需求，同時(shí)保護(hù)固氮酶不受氧損傷。當(dāng)前，有關(guān)生物固氮的氧保護(hù)機(jī)制研究是固氮領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題，但非編碼RNA是否參與固氮酶的氧保護(hù)，缺乏直接的科學(xué)證據(jù)。
該團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，A1501擁有一個(gè)參與最佳固氮活性和氧化脅迫抗性調(diào)控的新型非編碼RNA NfiS，但其在氧化脅迫反應(yīng)中相關(guān)靶標(biāo)和作用機(jī)制尚不清楚。在后續(xù)的研究中，該團(tuán)隊(duì)首先發(fā)現(xiàn)A1501氧化脅迫應(yīng)答體系中的過(guò)氧化氫酶編碼基因katB和過(guò)氧化物感應(yīng)基因oxyR在氧化脅迫抗性和最佳固氮酶活性中發(fā)揮重要作用，katB表達(dá)是OxyR依賴(lài)型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，NfiS能夠與katB mRNA直接相互作用增強(qiáng)其穩(wěn)定性，并鑒定了兩個(gè)具體互作位點(diǎn)。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了由非編碼RNA NfiS介導(dǎo)的氧化脅迫應(yīng)答和最佳固氮酶活性的協(xié)同調(diào)控模型：在轉(zhuǎn)錄后水平上，NfiS通過(guò)與過(guò)氧化氫酶基因katB的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，增強(qiáng)過(guò)氧化氫酶表達(dá)與活性，一方面協(xié)同NfiS與固氮酶基因nifK轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的互作保護(hù)固氮酶不受氧的損傷；另一方面，低濃度的過(guò)氧化氫在過(guò)氧化氫酶的催化下被分解，產(chǎn)生的氧氣能夠支持菌株在氧氣不足的條件下進(jìn)行生物固氮。
該研究得到國(guó)家973項(xiàng)目和自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。（通訊員 崔艷）
原文鏈接：https://jb.asm.org/content/jb/201/19/e00334-19.full.pdf
