中国科学家揭示一个新式非编码RNA的固氮调控和协同进化机制

美国科学院院刊（PNAS）于2016年7月12日在线宣布了中国农业科学院生物技术研讨所林敏研讨团队的最新研讨成果 “The novel regulatory ncRNA, NfiS, optimizes nitrogen fixation via base pairing with the nitrogenase gene nifK mRNA in Pseudomonas stutzeri A1501”（施氏假单胞菌新式调控非编码RNA NfiS经过配对联系固氮酶基因nifK mRNA优化固氮作用）。论文连接：http://www.pnas.org/content/early/2016/07/11/1604514113。中国农业科学院生物技术所微生物功用基因组团队战嵛华和燕永亮博士为该论文一起第一作者。该项研讨得到了国家自然科学基金项目（项目同意号：31230004, 31470205和31470174）的资助。

联合固氮研讨始于上世纪七十年代初，在非豆科作物特别是在水稻和玉米等粮食作物上显示出无穷的使用潜力，已变成生物固氮范畴的前沿和发展方向之一。作物根际联合固氮菌在长时间进化中形成了一套杂乱而精密的基因表达网络调控体系，以习惯杂乱而多变的外界环境。现在，联合固氮菌怎么感应环境信号的分子机制尚不非常明白，此外非编码RNA是否参加固氮调理尚无直接实验依据。

林敏团队研讨发现，别离自中国南边水稻根际土壤的施氏假单胞菌A1501基因组携带一个固氮基因岛，其表达受两个进化来源不一样的网络调理体系的精密操控，而非编码RNA在最好固氮调理中发挥了主要作用。非编码调控因子NfiS为施氏假单胞菌所特有，其表达受浸透钳制和固氮条件诱导，被通常氮代谢调理因子RpoN和NtrC激活。该基因具有全局性的正调理功用，其缺失骤变致使钳制抗性和固氮才能明显降低，而过量表达则增强抗逆和固氮表型。二级构造猜测和互补实验表明，NfiS的特定颈环构造参加最好固氮酶活的调理。分子生物学依据进一步证明，NfiS特定颈环构造上的11碱基序列与固氮酶基因nifK mRNA的相应序列配对联系，增强其稳定性或翻译活性，进而保证高效的固氮才能。研讨人员对固氮和非固氮施氏假单胞菌的NfiS构造和功用对比剖析表明，在固氮施氏假单胞菌进化过程中，固氮酶基因nifK招募了感触窘境信号的非编码调控因子NfiS，后者经过长时间的协同进化，取得了感应固氮条件信号和高效精密调控固氮的才能。该研讨进一步提醒了固氮施氏假单胞菌演化过程中的两次主要进化事情：（1）经过基因岛转移取得固氮才能；（2）经过招募NfiS精密调理固氮使其酶活最好化。这两次进化事情赋予了水稻根际固氮菌A1501更强的环境习惯才能。

NfiS在抗逆与固氮路径间建立了一种保证高效固氮的新的偶联调控机制，是现在报道的第一个直接参加固氮调控的非编码RNA。这种由非编码RNA介导的偶联调控机制也许广泛存在于根际联合固氮菌当中，因而，该研讨为进一步提醒生物固氮的协同进化和网络调控机制奠定了主要的理论基础。一起，NfiS有望变成一个新的生物固氮智能调控候选元件，其特定颈环构造的解析及其与方针mRNA配对序列的优化，将为人工规划新式高效联合固氮工程菌供给一个新路径，对于大幅度提高田间联合固氮功率，完成非豆科农作物节肥稳产增效具有主要的理论指导意义。（来源：笔杆网）