東北地理所在新根瘤菌屬新種研究中取得新進展
作為典型的固氮細菌，根瘤菌具有誘導(dǎo)豆科植物根或莖形成根瘤的能力，并在根瘤內(nèi)將氮氣還原為氨。根瘤菌與豆科植物形成的共生關(guān)系構(gòu)成了地球上最有效的生物固氮系統(tǒng)，對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及全球氮循環(huán)具有深遠影響。截至目前，已知根瘤菌（rhizobia）主要分布于α、β和γ-變形菌綱，涵蓋3個目、9個科和21個屬，如常見的慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium）和根瘤菌屬（Rhizobium）等。其中，新根瘤菌屬（Neorhizobium）隸屬于根瘤菌科（Rhizobiaceae），目前已發(fā)表8個有效種，但尚未有該屬菌種從大豆中分離的報道。
東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組科研人員成功從大豆根瘤中分離并鑒定出一株新根瘤菌屬（Neorhizobium）的新種。研究人員發(fā)現(xiàn)，該根瘤菌與已知新根瘤菌屬菌株的16S rRNA基因序列相似度為98.14%-98.57%，略低于新種鑒定閾值98.65%。此外，全基因組平均核苷酸一致性（ANI）和數(shù)字DNA-DNA雜交（dDDH）值分別為70.3%-88.7%和18.4%-36.7%，均低于新種鑒定標準。結(jié)合表型特征和細胞化學(xué)組分的結(jié)果，進一步驗證了該菌株的生物學(xué)特征，確定該菌株應(yīng)歸屬于新根瘤菌屬的一個新種，并將其命名為Neorhizobium glycines EC2-8T。進一步基因組分析表明，EC2-8T的基因組大小為6.77 Mb，包含8071個編碼序列，是已測序新根瘤菌屬菌株中基因數(shù)量最多的。特別值得注意的是，EC2-8T在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和代謝相關(guān)基因中占比較大，這可能有助于其參與侵染豆科植物和共生固氮的生物過程。共線性分析顯示，不同菌株基因組存在重組現(xiàn)象，反映了它們?yōu)檫m應(yīng)不同生態(tài)環(huán)境而進行的進化調(diào)整。通過構(gòu)建熒光標記菌株，研究人員發(fā)現(xiàn)EC2-8T能夠成功侵染大豆根瘤并顯著促進大豆結(jié)瘤（圖1）。與商業(yè)化成熟的優(yōu)良根瘤菌菌株USDA 110T相比，EC2-8T在根瘤數(shù)量、鮮重和固氮酶活性等方面均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，進一步凸顯了該菌株在未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有較大的應(yīng)用前景。
目前該菌種已作為該屬的模式菌株保藏在中國和韓國微生物菌種保藏中心。該項研究為國際根瘤菌菌種資源庫提供了重要補充，有利于國際同行免費獲取菌種資源，便于開展不同根瘤菌生物學(xué)特征和固氮機制的研究，推動全球根瘤菌研究的發(fā)展。相關(guān)成果發(fā)表在中國科學(xué)院一區(qū)Top期刊《Plant Cell & Environment》，并被選為當期封面論文（圖2）。已畢業(yè)碩士研究生龍永為第一作者，于鎮(zhèn)華副研究員為通訊作者。相關(guān)研究得到國家重點研發(fā)計劃項目（2021YFD1500400）、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（XDA28020201）和國家自然科學(xué)基金項目（32172123,42207399）聯(lián)合資助。
圖1 (A) 菌株EC2-8T表型特征。革蘭氏染色（a），菌落在YMA培養(yǎng)基生長形態(tài)（b），掃描電鏡（c），透射電鏡（d）；(B) 基于16S rRNA基因序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹；(C) 熒光標記菌株EC2-8T侵染大豆根瘤，圖像拍攝于接種后14天，比例尺：100微米。BF，明場圖像；GFP，GFP熒光；Merge，GFP和明場圖像的疊加；(D–F) 接種菌株EC2‐8T和USDA110T對大豆部分生長指標的影響：根瘤數(shù)量(D)，根瘤鮮重(E)，乙炔還原活性(F)。P < 0.05
圖2 《Plant,Cell & Environment》2025年10月封面
論文信息：
Yong Long,Yansheng Li,Jing Zhang,Jiaxuan Liu,Qingqing Han,Yingxue Cao,Yijia Jiang,Changkai Liu,Yanfeng Hu,Guanghua Wang,Xueyan Zhang,Jian Jin,Mikhail Semenov,Guanran Han,Xiaobing Liu,Zhenhua Yu*. Unconventional nitrogen fixation and adaptive genomics of a new Neorhizobium glycines sp. nov.,apromising soybean symbiont. Plant,Cell & Environment. 2025,48,7422–7425.
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/pce.70046
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