南京农业大学PNAS发表微生物学研究成果

　　

生物通报道：互利共生是在自然界中普遍存在的一种不同物种间的相互作用。病原性或共生岛是移动的遗传元件，可以让受体菌能够与真核生物宿主建立亲密的相互作用。例如，豆科植物已经通过共生质粒或基因组岛（genomic islands）的水平转移，而发生了演化。

11月14日，来自南京农业大学、宾夕法尼亚大学和法国国家农业研究院的研究人员，在美国科学院院刊《PNAS》发表题为“Plant nodulation inducers enhance horizontal gene transfer of Azorhizobium caulinodans symbiosis island”的学术成果。这项研究表明，长喙田菁（Sesbania rostrata）共生体Azorhizobium caulinodans的共生岛屿，到其他根瘤菌的转移，可通过植物黄酮类而得以提高，这种化合物也作为启动共生过程的信号。总之，这些数据表明，真核生物宿主参与细菌的水平基因转移，以促进根瘤菌和豆科植物之间的共生关系。点击阅读南京农业大学更多学术成果：南京农大****连发重要成果；南京农大PLOS Genetics发表植物遗传学成果；南京农业大学PNAS发表水稻研究新成果。

本文通讯作者是南京农业大学生命科学学院微生物学系的朱军教授和钟增涛教授。朱军教授是国家杰出青年基金获得者，主要从事微生物与宿主间相互作用的研究，针对细菌与宿主相互作用过程中信号传递途径及重要生理功能基因的表达调控，主要研究内容为根瘤菌在共生固氮过程中受宿主诱导表达基因的功能研究，肠道病原细菌在致病过程中与其在宿主体内定殖、致病相关基因的表达调控。钟增涛教授主要研究方向为微生物与宿主间相互作用，重点关注细菌与宿主相互作用过程中的信号传递途径和基因表达调控，包括细菌间的信号传递（群体感应）和细菌对宿主信号分子的应答，研究对象为根瘤菌和肠道病原细菌。

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基因组岛的水平基因转移（HGT），是细菌进化的驱动力。许多病原体和共生体使用这种机制来传播可移动的遗传元件，这些元件携带的基因对于真核宿主-共生体之间相互作用，是非常重要的。然而，宿主在这个过程中的作用仍不清楚。

在这项研究中，研究人员表明，诱导豆科根瘤菌互利共生中结瘤过程的植物化合物，也能够提高共生岛屿的转移。研究人员证实，长喙田菁（Sesbania rostrata）共生体的共生岛，是一段87.6-kb的整合的和共轭的元件（ICEAc），能切除，形成一个环状DNA，并共轭地转移到其他根瘤菌属的gly-tRNA基因的特定位点，从而扩大了其宿主范围。

HGT的频率在根际中是明显增加的。一个ICEAc成对的LysR家族转录调节蛋白AhaR，可触发HGT过程响应植物黄酮，这种化合物可通过另一个LysR型蛋白NodD诱导结瘤基因的表达。这些研究结果表明，根瘤菌可能感觉到根际环境，并将它们的共生基因内容物转移到其他根瘤菌属，从而扩大了根瘤菌宿主范围的特异性。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Plant nodulation inducers enhance horizontal gene transfer of Azorhizobium caulinodans symbiosis island
Abstract：Horizontal gene transfer (HGT) of genomic islands is a driving force of bacterial evolution. Many pathogens and symbionts use this mechanism to spread mobile genetic elements that carry genes important for interaction with their eukaryotic hosts. However, the role of the host in this process remains unclear. Here, we show that plant compounds inducing the nodulation process in the rhizobium-legume mutualistic symbiosis also enhance the transfer of symbiosis islands. We demonstrate that the symbiosis island of the Sesbania rostrata symbiont, Azorhizobium caulinodans, is an 87.6-kb integrative and conjugative element (ICEAc) that is able to excise, form a circular DNA, and conjugatively transfer to a specific site of gly-tRNA gene of other rhizobial genera, expanding their host range. The HGT frequency was significantly increased in the rhizosphere. An ICEAc-located LysR-family transcriptional regulatory protein AhaR triggered the HGT process in response to plant flavonoids that induce the expression of nodulation genes through another LysR-type protein, NodD. Our study suggests that rhizobia may sense rhizosphere environments and transfer their symbiosis gene contents to other genera of rhizobia, thereby broadening rhizobial host-range specificity.