基本信息
- 项目名称：
- 大豆与根瘤菌的共生原理及应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 大豆与根瘤菌的共生关系中，大豆为根瘤菌提供能量和安全的生长环境，根瘤能够为生物固氮过程提供必要的低氧条件。宿主和根瘤菌之间的正确识别是所有根瘤共生系统形成的必需条件。在共生固氮过程中，宿主和细菌的识别最初发生在根际，在根瘤形成的过程中，诱导剂黄酮类化合的合成及释放是根瘤形成的先决条件。黄酮类化合物的生物合成是通过苯丙烷代谢途径，可以将GMMYBJ6通过转基因方法使烟草中类黄酮的含量增加。
- 详细介绍：
- 大豆与根瘤菌的共生关系中，大豆为根瘤菌提供能量和安全的生长环境，根瘤能够为生物固氮过程提供必要的低氧条件。宿主和根瘤菌之间的正确识别是所有根瘤共生系统形成的必需条件。在共生固氮过程中，宿主和细菌的识别最初发生在根际，包括：宿主植物分泌Nod基因表达诱导剂、根瘤菌释放Nod因子和植物根系识别Nod因子。在根瘤形成的过程中，诱导剂黄酮类化合的合成及释放是根瘤形成的先决条件。黄酮类化合物的生物合成是通过苯丙烷代谢途径，这是目前了解的最为清楚的植物次生代谢产物合成途径，其中许多关键酶已经克隆,苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂酸一4一羟化酶(CA4H)和4一香豆酸CoA的连接酶(4CL)是这一途径的3个关键酶。烟草GMMYBJ6基因的表达量的增加， GMMYBJ6的表达连接酶、查尔酮合成酶、黄酮醇合成酶等关键酶的表达，并且使烟草中总黄酮含量增加，因此，可以将GMMYBJ6通过转基因方法使烟草中类黄酮的含量增加。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 氮素作为农业生产中的重要化学元素，随着作物产量的不断提高，氮肥的使用量不断提高，造成作物种植成本提高，土壤质量下降，而根瘤的生物固氮可以为其宿主植物提供足够的氮源。本文深入探究大豆与根瘤菌之间的共生原理，分析根瘤的形成过程，并初步运用基因工程方法构建转MYB基因烟草模型。
科学性、先进性及独特之处
- 论文的写作过程采用文献资料、数理统计、模型构建等方法，对大豆根瘤的形成进行了深入探究，并运用基因工程、植物细胞工程原理构建改造烟草的性状，使其形成根瘤的模型。
应用价值和现实意义
- 对农业生产中氮肥使用量的减少及土壤土质的提高具有重要作用，对降低农业生产成本亦有显著意义。
学术论文摘要
- 大豆与根瘤菌的共生关系中，大豆为根瘤菌提供能量和安全的生长环境，根瘤能够为生物固氮过程提供必要的低氧条件。宿主和根瘤菌之间的正确识别是所有根瘤共生系统形成的必需条件。在共生固氮过程中，宿主和细菌的识别最初发生在根际，包括：宿主植物分泌Nod基因表达诱导剂、根瘤菌释放Nod因子和植物根系识别Nod因子。在根瘤形成的过程中，诱导剂黄酮类化合的合成及释放是根瘤形成的先决条件。黄酮类化合物的生物合成是通过苯丙烷代谢途径，这是目前了解的最为清楚的植物次生代谢产物合成途径，其中许多关键酶已经克隆,苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂酸一4一羟化酶(CA4H)和4一香豆酸CoA的连接酶(4CL)是这一途径的3个关键酶。烟草GMMYBJ6基因的表达量的增加， GMMYBJ6的表达连接酶、查尔酮合成酶、黄酮醇合成酶等关键酶的表达，并且使烟草中总黄酮含量增加，因此，可以将GMMYBJ6通过转基因方法使烟草中类黄酮的含量增加。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 此论文在实际生产生活中具有现实意义。
参考文献
- 1.赵洁平,戴小密,许玲,朱家璧,沈善炯,俞冠翘.固氮正调节基因nifA促进大豆根瘤菌的结瘤效率[J].科学通报，2001年23期. 2.宫世勇;高效重组苜蓿中华根瘤菌的构建及其耐盐性初探[D].华中农业大学,2006年. 3.刘彦杰.I 根瘤菌的遗传改造及其应用 II DNA超螺旋对nif基因表达的调节作用[D].中国科学院研究生院（上海生命科学研究院）,2002年. 4.李友国.高效固氮重组大豆根瘤菌株的构建及其根圈定殖微生态学研究[D].华中农业大学,2000年. 5.李友国,周俊初.导入dctABD和nifA基因对费氏中华根瘤菌共生固氮的影响研究[J].遗传学报,2002年02期.
同类课题研究水平概述
- 生物固氮是生命科学中的重大基础研究课题之一, 它在生产实际中发挥着重要作用: 为植物特别是粮食作物提供氮素、提高产量、降低化肥用量和生产成本、减少水土污染和疾病、防治土地荒漠化、建立生态平衡和促进农业可持续发展。因此，二者之间的共生原理及固氮过程一直以来是人们研究的重要课题。 陈明周;中国大豆根瘤菌遗传多样性和系统发育研究[D];华中农业大学; 本研究将来自苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)的四碳二羧酸转移酶基因(dctABD)经pIJ2925克隆到广宿主、稳定性质粒载体pTR102上，获得诱导型表达的重组质粒pHN202。在此基础上再引入来自pDB30所含的发光酶基因(luxAB)作分子标记，以pTR102为基础构建成带有dctABD和luxAB的重组质粒pHN205。再以pLAFR3为载体构建重组质粒pHN207，其上携带有dctABD基因、来自pTR102的parCBA／DE基因和发光酶标记基因luxAB。将来自肺炎克氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)的共生固氮正调节基因nifA克隆到载体pTR102上构建成带有标记基因luxAB的重组质粒pHN306。进一步将dctABD基因和nifA基因同时克隆于一个稳定性质粒载体pTR102上，构建成带有发光酶基因标记的重组质粒pHN307。再将所构建的重组质粒pHN205、pHN207、pHN306和pHN307经二亲本或三亲本接合转移分别导入费氏中华根瘤菌(Sinorhizobium fredii)HN01、GR3和YC4及大豆慢生根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)TA11和CB1809，获得一系列转基因重组大豆根瘤菌。在盆栽条件下比较研究了转基因重组根瘤菌与出发菌和参照菌的结瘤与共生固氮效率。研究发现导入额外拷贝的n州能够显著提高受体根瘤菌HN01在根圈定殖竞争的适应性和占瘤率，HNO INL在根圈中的群体定殖水平高于出发菌和参比菌。并且 观察到根圈定殖的动态与水平和其占瘤率呈正向关系，结果表明种子表面接种的重 组根瘤菌能否成功地在根部定殖及其动态是竞争结瘤的重要基础。
