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《西北农林科技大学》 2010年
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西北地区苦豆子根瘤菌遗传多样性和系统发育研究

赵龙飞  
【摘要】:本实验系统地对我国西北部分地区(甘肃、宁夏、陕西)不同生态区域(I、II、III、IV)的豆科植物苦豆子共生固氮资源进行取样调查、数据收集和资料整理,这为进一步深入研究西北地区豆科植物根瘤菌提供了基础依据。调查试验表明,野外苦豆子根瘤与实验室内结瘤试验形成的根瘤比较发现,野外根瘤的形状多呈棒状、掌状,少数呈珊瑚状,而实验室内结瘤试验植株上着生根瘤多呈球状,少数呈棒状、珊瑚状。根瘤外形特征的差异可能与植株生长区域环境条件有关。 根据16S rRNA-recA-nodA-nifH PCR-RFLP组合结果,75个菌株被分为35个遗传类型,10个rRNA类型、14个recA类型、13个nodA类型、12个nifH类型。分布在5个属,即Mesorhizobium、Phyllobacterium、Sinorhizobium、Agrobacteium、Rhizobium;属于9个基因种,分别对应于A. tumefaciens、M. Alhagi、M. Gobiense、M. Amorphae、P. Trifolii、R. Indigoferae、R. Giardinii、S. fredii和S. meliloti,并且M. alhagi和M. gobiense两个主要类群,而其它的属于次要类群。 从苦豆子根瘤中首次分离出“叶瘤杆菌属”菌株ZY16-1、ZW3-1。它们具有共生结瘤基因(nodA)和固氮基因(nifH),回接苦豆子植株能够形成根瘤。叶瘤杆菌菌株ZY16-1、ZW3-1共生基因的系统发育与M. gobiense一致或类似,表明它们的共生基因可能也是通过基因的横向转移而获得。 苦豆子根瘤中首次分离出土壤菌属菌株GZ12-1,并且具有nodA和nifH基因,能够和寄主苦豆子共生结瘤。16S rRNA和recA的系统发育相比,土壤杆菌属和根瘤菌属比与慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)存在更近的关系,本实验证明了这个观点。而共生基因与M. alhagi相同或类似,是通过横向转移而获得。菌株M. alhagi DB7 nodA和nifH进化发育的分歧表明它们并没有相同的来源,nodA和nifH基因的横向转移可能单独发生。 nodA系统发育树与16S rDNA系统进化树的比较可知,nodA、nifH基因在属间、属内种间发生了基因的水平转移(HGT),扩大了与宿主植物的结瘤范围,对干旱、盐碱恶劣环境地区的生态保护,提高植被的存活率有重要的意义。 对比共生基因(nodA、nifH)的系统发育,发现A. tumefaciens, M. amorphae, P. trifolii, R. indigoferae, R. giardinii都与M. gobiense有相同或相似的共生基因,而与M. alhagi不一样。这个关系表明共生基因的横向转移在M. alhagi中是相当稳定,而在M. gobiense中非常活跃。 共生基因的水平转移是扩大与苦豆子相关共生细菌多样性的一种重要的机制。由于本研究中划分的9个基因种中有4个种(A. tumefaciens, P. trifolii, R. indigoferae, R. giardinii)是通过这种方式获得共生基因,HGT的发生可能是根瘤菌共生岛转移的结果,共生岛的转移是受体根瘤菌对寄主植物生长环境的一种适应,增强了受体根瘤菌对环境的适应能力,更好的与共生植物根瘤内环境相适合。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S154.381

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