近日，中國農業科學院生物技術研究所微生物智能設計與合成創新團隊與國內外科研單位合作，解析了水稻根際聯合固氮菌——施氏假單胞菌A1501碳代謝調控系統參與碳源優先利用和最佳根際定殖固氮的分子機制，相關成果在線發表《交叉科學（iScience）》雜志上。
Hfq是一個全局性的轉錄后調控因子，直接或間接參與生長繁殖、趨化運動和環境適應等重要生理生化過程的調控，并被證明參與固氮活性和根表定殖調節，但相關調控機制一直沒有解析。
該研究發現，施氏假單胞菌A1501優先利用琥珀酸和乳酸，隨后是檸檬酸，最后是葡萄糖和苯甲酸，而有機酸存在時，非優勢碳源如葡萄糖代謝被抑制，表現出一種挑食有機酸的非典型代謝物抑制現象，并受以全局性調控因子Hfq為核心的碳代謝物抑制調控系統的精細調控。研究還發現，在含混合碳源的平板培養或根際環境條件下，全局性調控因子Hfq可通過直接與固氮酶結構基因的mRNA互作，確保根際最佳固氮酶活性，同時激活以葡萄糖為底物、固氮生物膜形成和根表早期定殖所必需的胞外多糖合成，而這一合成途徑不被優勢碳源抑制。
該研究揭示了全局性調控因子Hfq在聯合固氮菌挑食有機酸和適應根際環境相關調控網絡中的核心作用，是固氮微生物在營養爭奪激烈的根際環境中進化出的一種生存競爭策略，對于解析根際固氮菌-宿主互作機制、人工設計能量合成模塊和高效固氮模塊，大幅度增強田間固氮效率具有指導意義。
該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國農業科學院科技創新工程等項目的資助。（通訊員：崔艷）
原文鏈接：https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(22)01935-6
圖示： 施氏假單胞菌碳源優先利用、固氮酶活性及胞外多糖合成的網絡調控模式
