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根瘤菌能够与豆科或少数非豆科植物共生形成根瘤，并固定空气中的氮气供给植物营养，这种共生固氮关系的建立，依靠根瘤菌与寄主植物高度专一的多种分子的相互作用，所以寄主大多数为豆科。每种根瘤菌只能在特定的一种或若干种豆科植物上结瘤，对这种专一性起决定作用的物质是根瘤菌分泌的结瘤因子。结瘤因子骨架是由四个到五个氨基葡萄糖经β-1-4糖苷键连接起来的氨基葡萄糖脂，其上有很多取代基，不同的结瘤因子取代基不同，因而这种取代基对寄主专一性起决定性作用。豌豆根瘤菌能够使豌豆和野豌豆结瘤，它产生的结瘤因子的非还原端带有C18:4或者C18:1N-酰基脂链取代基，结瘤基因nodE突变后，C18:4脂链形成受阻，使根瘤菌只产生带有C18:1脂链的结瘤因子，使豌豆结瘤效率降低。本论文用不同的豌豆根瘤菌及其突变体接种不同的豌豆品系及重组自交系，观测结瘤情况，目标是：一.寻找与nodE基因决定的寄主结瘤特异性相关的豌豆基因或位点；二.豌豆中的竞争结瘤阻碍（CNB）现象与nodE基因有关，本论文意图寻找与CNB现象相关的豌豆基因或位点，并与第一个目标中寻找到的基因或位点做比较；三.探讨nodE基因和结瘤基因nodX的共同作用对豌豆结瘤的影响。使用的实验方案和获得的结果是：一.接种豌豆根瘤菌nodE突变体后，不同的豌豆品系的结瘤水平有很大差异。接种nodE突变体21天后，豌豆品系JI1194形成的根瘤较多，JI15结瘤很少，通过统计JI15×JI1194重组自交系每个家系接种21天后的结瘤数目，并用软件MapQTL5分析，测得nodE决定的结瘤表型定位在豌豆连锁群I上的一个位点（P <0.05），该位点位于具有赋予豌豆结瘤因子特异性结瘤特性的位点Sym2附近。Sym2位点在自交系JI15×JI1194基因组遗传图谱中的具体位置未知，而已知Sym2基因与基因Sym37和PsK1连锁，根据数据库中已有的其它豌豆品系的Sym37和PsK1基因序列设计引物，扩增JI15×JI1194亲本及自交系内各家系的部分Sym37和PsK1片段，从而在该自交系基因组中，利用CAPS标记法建立Sym37标记；根据核苷酸多态性建立PsK1标记。结果说明Sym37与PsK1基因在该自交系中紧密连锁。经软件分析，nodE决定的寄主结瘤特异性QTL位点位于此标记上。实验利用带有sym2~A区的豌豆渗入系也确认该标记位点与nodE决定的结瘤特异性表型很相关。前人指出：豌豆品系cv. Afghanistan含有独特的sym2~A位点，结瘤因子带有NodX取代基的根瘤菌才能使该品系结瘤。豌豆品系JI15接种nodX突变体后结瘤较多，不具备sym2~A所赋予的特征，因此JI15基因组中不含sym2~A。但其接种nodE突变体后，结瘤很少，证明了nodE决定的结瘤特异性表型是由Sym2位点上的其它基因决定。为了鉴定nodE决定的结瘤特异性表型是否由Sym2位点的已知基因Sym37和PsK1决定，实验通过对一些结瘤较好和几乎不结瘤的豌豆品系的Sym37和PsK1基因的编码LysM受体激酶结构域的DNA进行测序，并比较氨基酸序列，表明一个编码六个保守氨基酸的SYM37LysM型受体激酶单体型与nodE突变引起的抑制豌豆结瘤的表型相关。而在相同结瘤表型的豌豆中，PsK1蛋白中没有保守性氨基酸。因此，nodE决定的豌豆结瘤表型差异很可能与SYM37LysM型受体激酶单体型相关。二.某些根瘤菌能够阻碍其它能正常结瘤的根瘤菌在某种豆科植物上的结瘤，这种现象称为竞争结瘤阻碍（CNB）现象，这些起阻碍作用的根瘤菌被称为CNB+根瘤菌，nodE基因突变后，它的阻碍作用也会消失。利用JI15×JI399重组自交系群体F11，通过统计各家系接种CNB+豌豆根瘤菌21天后的结瘤数目，利用MapQTL5软件的区间作图法分析统计结果，并作QTL图谱，在图谱中没有检测到LOD阈值超过3.1（P <0.05）的位点，位于连锁群I、II和VII（两个位点）上的四个位点的LOD值接近或超过1.5，起到微效调控竞争结瘤阻碍的作用。连锁群I和连锁群VII上的其中一个位点都增强竞争结瘤阻碍作用，连锁群II和连锁群VII上的另外一个位点降低竞争结瘤阻碍作用。四个位点都在Sym2位点，这验证了前人的观点：CNB完全表达还需要Sym2位点以外的基因共同起作用。通过比较不同豌豆品系的CNB效应，以及它们SYM37LysM结构域的氨基酸序列，说明CNB效应应与Sym2位点附近的其它基因相关。三.通过比较不同的豌豆根瘤菌及其自交系接种nodX-、nodE-和nodX-nodE-双突变体21天后的结瘤情况，发现相同的根瘤菌或根瘤菌突变体在不同的豌豆品系上的结瘤能力不同，不同的根瘤菌或突变体在相同的豌豆品系上结瘤能力也不同，尤其是nodE基因突变对某些豌豆品系结瘤能力影响很大。根瘤菌nodE基因没有突变的情况下，nodX基因对根瘤菌在某些豌豆上的结瘤能力影响很小，而nodE突变体的nodX基因是否突变对结瘤能力影响很大。豌豆重组自交系接种不同的根瘤菌突变体后引起QTL位点的变化也说明：nodE突变根瘤菌中，nodX基因对结瘤具有重要调控作用。nodE不突变，nodX基因的调控作用很小。印证了上一个方法中的结果，同时验证了前人的观点：结瘤基因之间可以相互作用并对结瘤产生影响。三种nodE突变体接种重组自交系的QTL分析结果说明：在豌豆根瘤菌nodE突变的情况下，Sym37和spm122+位点的功能都是使结瘤数目减少。论文讨论了nodE基因突变情况下，NodX基团对结瘤影响大的原因可能是：结瘤因子取代基的变化引起结瘤因子结构的改变和扭曲，导致其与寄主结瘤因子受体结合能力发生改变；nodE基因是否突变可能会影响由NodX基团保护的结瘤因子的抗降解能力。