2008年5月21日，《美國科學院院刊》網絡版發表了由中國農業科學院生物技術研究所和國家作物基因資源和基因改良重大科學工程為第一主持單位，與中國醫學科學院病原生物學研究所、法國巴斯德研究所、北京大學和清華大學等共同完成的重要科研成果——《聯合固氮斯氏假單胞菌的固氮基因島和根際競爭特性》。這一突破性成果對聯合固氮分子機理的揭示及其在農業領域的應用具有重要意義。我院生物技術研究所分子微生物研究室燕永亮博士為論文的共同第一作者，林敏研究員為論文的共同通訊作者。
在自然界中，某些原核微生物在常溫常壓下通過固氮酶將空氣中的氮素固定為氨，這一過程稱為生物固氮，這類微生物稱為固氮微生物。據估計，全球每年的生物固氮總量為2億噸，約占全球作物需氮量的四分之三。在國家863計劃、973計劃和國家自然基金項目的支持下，林敏實驗室與法國巴斯德研究所、中國醫學科學院病原生物學研究所和北京大學等國內外同行合作，于2005年完成了分離自我國南方水稻根際的聯合固氮斯氏假單胞菌全基因組測序及功能注釋工作，斯氏假單胞菌A1501是目前國際上完成全基因組序列測定的第一例聯合固氮菌。比較基因組學分析發現，A1501基因組中四個DNA區域具有典型的基因島特征，所有固氮基因成簇分布在一個49 kb的DNA區域內,形成獨特的“固氮島”，為生物固氮體系進化研究提供了一個結構和功能完整的進化中間類型。利用基因芯片、適時定量PCR和非極性突變株構建等方法，鑒定了一系列可能參與細菌氮信號傳導或保持最佳固氮水平的新基因，為進一步深入研究聯合固氮基因網絡調控奠定了良好的工作基礎。通過對A1501功能基因組的研究分析表明，固氮作用、芳烴化合物降解和PHB合成等代謝特征以及抗草甘膦等抗逆特性，使A1501具有較強的應對土壤環境變化的適應能力，并在根際競爭中處于優勢地位。目前，從A1501基因組中已分離了芳香族化合物降解基因簇，鑒定了一個新型高抗草甘膦的EPSP合酶基因且已申請國際PCT專利，并開展了一系列生化與遺傳學研究，這不僅為探討穩定聯合固氮體系建立的分子機制提供了重要的理論依據，同時新型抗草甘膦等抗逆基因的獲得，將為優質高效抗逆農作物新品種培育提供新的功能基因來源，在農業生產中具有重要理論價值和應用前景。
P. stutzeri A1501染色體圈狀示意圖及基因表達譜比較
