近日，中国农业科学院生物技术研究所微生物智能设计与合成创新团队解析了水稻根际联合固氮菌——施氏假单胞菌A1501固氮生物膜形成的分子调控机制。相关成果以题为“A regulatory network involving Rpo, Gac and Rsm for nitrogen-fixing biofilm formation by Pseudomonas stutzeri”在线发表在国际微生物学领域著名期刊npj Biofilms and Microbiomes（2020年影响因子7.29）上。

生物膜（Biofilm）指微生物为适应复杂多变自然环境，附着于有生命或无生命介质表面形成的一种具有社会化特征的群落结构。微生物在生物膜生长状态下其基因表达调控、生理生化特性以及恶劣环境适应如耐药性、侵染性和竞争力等方面均具有独特性质，是当前微生物研究领域的国际前沿与热点。“生物膜形成”和“生物固氮”是根际固氮菌适应复杂环境所采取的两大重要策略，但当前关于固氮生物膜形成的分子机制却知之甚少。本研究系统揭示了施氏假单胞菌A1501固氮生物膜形成的规律和特性，证明在氮匮乏条件下该菌具有最强的固氮生物膜形成能力并表现出较强的耐铵固氮能力，进一步鉴定了sigma因子RpoN和RpoS以及Gac/Rsm调节系统的RNA结合蛋白RsmA和非编码RNA（RsmZY）等一系列参与生物膜形成的关键调控因子。采用足迹法（Footprinting）、微量热涌动（MST）以及数字PCR等方法解析了固氮生物膜形成的调控网络：RpoN作为一个转录调节集线器（hub），直接激活固氮酶结构基因nifH及胞外多糖合成基因pslA表达；非编码RNA RsmZ发挥触发器（trigger）作用，在生物膜形成初期瞬时高水平表达，解除RsmA对胞外多糖合成基因pslA和二级信号分子环二鸟苷酸（c-di-GMP）合成基因sadC的转录后抑制； RpoS具有制动器（brake）功能，在转录水平上抑制RsmZ表达，同时RsmA抑制RpoS转录后表达，形成一个全新的抑制回路。上述研究成果为解析根际固氮微生物与宿主作物之间相互作用机制、大幅度增强田间固氮效率并实现节肥增产增效奠定了重要的理论基础，同时为人工生物膜模块及高效固氮基因回路设计提供了重要的理论指导。

施氏假单胞菌A1501固氮生物膜形成的调控网络模型

该研究得到国家重点研发计划合成生物学专项、国家自然科学基金以及中国农业科学院科技创新工程重大科研任务等项目的资助，由生物所与法国巴斯德研究所、海南大学和西南大学合作完成，尚立国博士和燕永亮研究员为共同第一作者，林敏研究员为通讯作者。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41522-021-00230-7