大豆慢生根瘤菌(拉丁名:Bradyrhizobium japonicum USDA110)为慢生根瘤菌科、大豆根瘤菌属,能与宿主植物大豆结瘤共生固氮。大豆将通过光合作用制造的一部分有机物输送给根瘤菌;根瘤菌则将固氮作用制造的氨,反输送给豆科植物。充分发挥慢生根瘤菌与植物的互作共生作用,实现生物固氮,对于保障粮食安全和生态建设具有重要作用。然而慢生根瘤菌在环境胁迫下的低生存率,成为影响互作共生的关键性的制约因素。已有相当的研究表明,群体感应系统通过调节细菌的群体行为,对在环境胁迫下的细菌存活率起着决定性的作用。本研究通过构建慢生根瘤菌的群体感应系统缺失突变菌株和人工模拟环境胁迫(干旱条件),探索群体感应系统对菌体响应环境胁迫的调控。我们对慢生根瘤菌群体感应系统的信号合成基因(bjaI)和信号感应蛋白基因(bjaR)作了敲除,构建了相应的群体感应系统缺失突变体。通过自行设计的干燥装置人工模拟干旱胁迫环境,对两株突变体菌株和一株野生型菌株进行干旱处理,在干旱胁迫0h、18h、48h、72h后,统计处理后存活的细菌数量,并比较野生型与两个突变菌株间的存活差异。实验结果表明,在干旱胁迫处理后,野生型菌株和突变菌株,没有表现出明显的差异。为了进一步了解群体感应系统在干旱胁迫下的分子调控机制,我们利用干旱胁迫处理的野生型和群体感应突变菌株(ΔBjaI)的总RNA,作了链特异性转录组测序。测序结果表明,在相同的环境胁迫因素下,野生型和群体感应突变菌株(ΔBja I)的差异基因表达没有统计学意义上的差异,表明慢生根瘤菌群体感应系统对环境胁迫的响应沉默。为获取更多有关群体感应系统对大豆慢生根瘤菌生物学表型调控方面的信息,我们从菌体的生物膜形成、生长速率、运动能力、结瘤能力方面进行了测试比较。实验结果表明,群体感应系统调控生物膜形成、运动能力、结瘤能力等方面的作用不明显,但在调控该菌生长速率方面作用明显。我们进一步对干旱胁迫下的野生型菌株的转录组数据进行了深入的数据挖掘,在全基因组范围内鉴定了一系列与干旱胁迫密切相关的基因,GO和KEGG信号通路分析表明,这些基因参与了多个生物学过程,从组成某一代谢通路的基因网络角度出发,我们对干旱胁迫下大豆根瘤菌不同基因之间的关联情况、上下调关系以及如何相互协调来行使其生物学功能进行了深入阐述;我们还深入发掘了,干旱胁迫下大豆根瘤菌的突变和转录本等新信息,获取了SNP/InDel突变规律,发现了一些新的转录本以及sRNA,为将来大豆慢生根瘤菌抗旱的分子机制研究提供了丰富的研究靶位点。本课题深入研究了在环境(干旱)胁迫条件下,群体感应系统对慢生根瘤菌的调控,以及在全基因组范围内基因表达调控的转录组数据的深入挖掘。慢生根瘤菌群体感应系统及对干旱胁迫环境响应沉默,表明其是细菌通过群体行为应对干旱胁迫的一个特例,亦表明是一个很好的研究对象。对其响应沉默机制的深入研究,能够加深我们对细菌群体感应系统的调控机理的认识,有助于阐明细菌群体感应系统的生物学功能。胁迫环境下慢生根瘤菌转录组数据的深入发掘,为提高慢生根瘤菌在极端环境下的生存率提供了丰富的基因资源,也为人工干预和提高慢生根瘤菌和植物互作共生效率提供理论支持。