花生根瘤菌遗传多样性和系统发育研究

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本研究采用宿主范围试验、表型性状测定、16S rRNA-RFLP、16S rRNA序列分析、16S-23S rDNA IGS RFLP分析、RAPD分析、REP-PCR分析和DNA-DNA同源性分析等技术系统研究了从我国不同地域分离的55株花生根瘤菌的遗传多样性及其在根瘤菌系统发育中的地位和相互关系。同时还进一步研究了根瘤菌在不同群体中的竞争结瘤能力以及宿主植物和环境pH值对根瘤菌的影响,以期为高效根瘤菌剂的选育和应用奠定基础。 宿主范围研究表明供试花根瘤菌均能在花生上进行有效的结瘤并固氮;部分菌株能够在野大豆和栽培大豆矮脚早上结瘤;所有供试菌株均不能在野豌豆上结瘤,但均能能在菜豆上结瘤且单株瘤数较多。 表型分析结果表明所有供试菌株与慢生参比菌株B.japonicum和B.elkanii聚为一群,而其它种属的参比菌株聚为另一群,表明花生根瘤菌在属的水平上应属于Bradyrhizobium属。在65%的相似性水平上,供试花生根瘤菌、Bj和Be可再分为Ⅰ和Ⅱ两个群。在78%的水平上各群又可进一步划分为不同的亚群,其中群Ⅰ分为ⅠA和ⅠB两个亚群:群Ⅱ分为Ⅱa、Ⅱb和Ⅱc三个亚群,参比菌株Bj和Be聚成Ⅱc。 16S PCR-RFLP和序列分析结果表明花生根瘤菌与B.japonicum和B.liaoninense的亲缘关系最近,其序列差异小于1%,而与B.elkanii相对较远,序列差异达到3-4%。JZ1等供试菌和以USDA110为代表的B.japonicum亲缘关系最近,序列差异小于1%;代表菌HA1与USDA110等同处于一个分枝中。WC4和SD7单独聚为一个分枝,系统发育上与USDA6最近,序列差异小于1%。 依16S-23S rRNA IGS PCR RFLP分析中IGS大小可将供试菌株分为三类。树状图谱显示在相似性69%的水平上,供试花生根瘤菌与Bj分离而单独成群。在84%的水平上,供试花生根瘤菌聚为5个亚群。亚群A由HNS1、SDT3和SDT4组成它对应于IGS-Ⅱ型;亚群B由HNI-4和来自山东的大部分菌株组成,对应于IGS-Ⅲ型。亚群C由来自河南、山东、武昌和安徽等地的菌株组成;亚群D由红安的菌株单独组成;亚群E主要由荆州菌株组成,还有少部分菌株来自河南和武昌等地。亚群C、亚群D和亚群E的菌株同属于IGS-Ⅰ型。 RAPD分析结果表明在75%的相似性水平上,Bj和供试花生根瘤菌可分为A、B、C、D、E、F和G等7个亚群。参比菌株Bj独立聚为G亚群。在较高的相似性水平上来自不同地域的菌株可进一步细分为不同的小群,并表明了地理因素对根瘤菌遗传多样性的影响。 REP-PCR分析结果表明在60%的相似水平上,花生根瘤菌与Bj分离,进一步表明供试花生根瘤菌在系统发育和分类地位上与B.japonicum仍存在差异。在65%的相似性水平上,花生根瘤菌可分为Ⅰ和Ⅱ两群,群Ⅰ可再分为ⅠA和ⅠB两亚群;群Ⅱ可分为ⅡC、ⅡD和ⅡE三个亚群。中l习花生根瘤菌遗传多样性和系统发育研究 G+C mol%和DNA一DNA同源性分析结果表明,供试花生根瘤菌代表菌株的△Tm和△G+Cmol%均小于种内变异l隔度,表明供试花生根瘤菌均属J二一个种。DNA一DNA同源性分析也进一步表明供试花生根瘤菌与B.‘j,lPoI,i。。属于同一种。 综上所述,供试花生根瘤菌具有丰富遗传多样性。在较低的相似性水平上,可分为l和11两群,群I可分为IA不[1 IB两亚群;群11可分为Ila、Ilb和Ile三个亚群。IA土要由来自山东的菌株组成,还包括来自河南的HNI一4;IB由安徽、河南和武昌等地的部分菌株组成。Ila由HNSI、SDT3、SDT4三株菌单独组成;Ilb主要由来自荆州等地1氢株组成,同时还有WCDI、AH3等菌株;nc由红安的菌株单独组成。lla和Ilc的菌株均能够在野大豆__「结瘤。由于供试花生根瘤菌与大豆慢生根瘤菌的参比菌株具有较高的遗传相似性,作者建议将供试根瘤菌分类地位的范围定为大豆慢生根瘤菌花生生物型I和花生生物型11。 根瘤菌竞争结瘤能力和影响因素研究表明在群体水平土快生根瘤菌与慢生根瘤菌之间的平均竞争结瘤能力相当,但同类型根瘤菌株之间、不同类型根瘤菌菌株之间的竞争结瘤能力仍有显著的差异。同时,宿主植物对根瘤菌的竞争结瘤也有着明显的影响。在偏酸的条件!;,‘漫生根瘤菌的生长状况较好竞争结瘤能力强而在偏碱的条件下,快生根瘤菌的竞争能力强。快慢生根瘤菌分泌的H十或OH一中和生存环境中的OH一或H‘离子以创造一个较适合其生长的微环境,从而有利于存活、生长和与植物相互识别结瘤。
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