PNAS | 英国牛津大学最新研究揭示根瘤菌从根际到共生的生活方式适应机制！
根瘤菌是一种栖息在土壤中的细菌，与豆科植物形成共生关系，并为寄主植物提供生物上可利用的氮作为铵（Science | 重磅研究揭示植物如何区分有益和有害微生物！；Science | 专家点评：豆科植物结瘤共生的特异性）。高通量DNA测序使众多根瘤菌的完整基因组的公布迅速扩大，但基因功能的分析越来越滞后于基因的发现。2020年9月22日，权威期刊PNAS发表了英国牛津大学Philip S. Poole教授课题组的最新研究成果，题为Lifestyle adaptations of Rhizobium from rhizosphere to symbiosis的研究论文。基于Mariner的转座子插入测序使研究人员能够表征细菌基因的适应性贡献，并确定那些在根瘤菌-豆科植物共生体的多个发展阶段具有重要功能的基因。
通过使用基于Mariner的转座子插入测序(INSeq)分析根瘤菌-豆科植物模式共生体的连续生活方式阶段，研究人员已经明确了根际生长、根际定殖、细菌侵染、固氮菌和从豆科植物(豌豆)根瘤释放所需的基因。虽然只有27个基因在豆科植物根瘤菌中被注释为nif和fix，但研究人员的表明603个基因区域（593个基因，5个转运RNA和5个RNA特征）是豌豆结瘤和固氮的竞争能力所需的。其中，146个基因是根际生长到类细菌的共同基因。这种被定义为根际递进的大量基因，突出了根际中的成功竞争对随后的侵染和结瘤是多么关键。正如预期的那样，还有一大组(211个)特异性的结瘤细菌和类细菌功能。结瘤侵染和类细菌形成需要运动、细胞包膜重组、结瘤信号、固氮和代谢适应的基因。代谢适应包括尿素、赤藓醇和醛类代谢、糖原合成、二羧酸盐代谢和谷氨酰胺合成（GlnII）。有17个独立的生活方式适应基因特定于根际生长，23个特定于根际定殖，不同于侵染和结瘤形成。这些结果显著性地突出了根瘤菌-豆科植物共生的多个阶段竞争的重要性。
图1 豌豆植物接种INSeq输入库后的收集步骤
图2 Rlv3841基因在与豌豆共生阶段所需
图3 对根瘤菌、根、结瘤细菌和类细菌INSeq文库中编码运动和趋化蛋白的基因进行分类
图4 从INSeq数据预测的突变表型的实验特征
图5 从INSeq分析来看，Rlv3841基因在与豌豆共生的不同阶段所需