近日, 由中國農(nóng)業(yè)科學院
生物技術研究所林敏研究員領銜的微生物功能基因組團隊最新研究發(fā)現(xiàn)，分離自我國南方水稻根際土壤的施氏假單胞菌A1501基因組攜帶一個固氮基因島，其表達受兩個進化來源不同的網(wǎng)絡調(diào)節(jié)系統(tǒng)的精細控制，而非編碼RNA在最佳固氮調(diào)節(jié)中發(fā)揮了重要作用。相關成果在線發(fā)表在最新一期的頂尖學術期刊《美國科學院院刊》（PNAS）。
據(jù)悉，作物根際聯(lián)合固氮菌在長期進化中形成了一套復雜而精細的基因表達網(wǎng)絡調(diào)控系統(tǒng)，以適應復雜而多變的外界環(huán)境。但目前，聯(lián)合固氮菌如何感應環(huán)境信號的分子機制尚不十分清楚，此外非編碼RNA是否參與固氮調(diào)節(jié)也尚無直接試驗證據(jù)。
該研究團隊利用分子生物學研究表明，固氮酶基因nifK招募了感受逆境信號的非編碼調(diào)控因子NfiS，并且經(jīng)過長期的協(xié)同進化，使其mRNA穩(wěn)定性或翻譯活性受到NfiS高效而精細的調(diào)控。該非編碼RNA在抗逆與固氮途徑間建立一種確保高效固氮的新的調(diào)控偶聯(lián)機制，是目前報道的第一個直接參與固氮調(diào)控的非編碼RNA，可望成為一個生物固氮智能調(diào)控的候選元件。
研究進一步揭示，固氮施氏假單胞菌在進化過程中發(fā)生了兩次重大進化事件：（1）通過基因島轉(zhuǎn)移獲得固氮能力；（2）通過招募NfiS精細調(diào)節(jié)固氮使其酶活最佳化。這兩次進化事件賦予了水稻根際固氮菌A1501更強的環(huán)境適應能力。NfiS的發(fā)現(xiàn)及其調(diào)節(jié)機制的揭示為打破碳氮限制因子對聯(lián)合固氮田間應用的制約，增強聯(lián)合固氮效率，實現(xiàn)非豆科農(nóng)作物節(jié)肥穩(wěn)產(chǎn)增效奠定了重要理論基礎。
該研究得到國家973項目和國家自然科學基金等項目的資助，戰(zhàn)崳華和燕永亮兩位博士為該論文共同第一作者，林敏研究員為通訊作者。（通訊員 崔艷）
