在自然界中,生物固氮对维持氮素平衡发挥着重要的作用。根瘤菌通过与豆科植物共生形成根瘤,并在根瘤中分化形成类菌体进而将大气中的氮气转化为氨,满足豆科植物生长所需的氮素供应,这种共生固氮方式是生物固氮中效率最高的,占生物固氮量的近70%,因此具有重要的理论和应用研究价值。环二鸟苷酸（c-di-GMP）是细菌中一种常见的第二信使,在细菌的生命活动中发挥着重要的作用,参与调控细菌的一系列生理表型,包括生物膜的形成,细菌的运动以及胞外多糖的形成等。在一些细菌中,c-di-GMP信号与群体感应系统会发生分子对话（Cross-talk）,但是在根瘤菌中c-di-GMP信号与共生固氮关系的研究较少。论文以菜豆根瘤菌Rhizobium etli CFN42为研究对象,通过分子生物学、生理学等方法,研究c-di-GMP信号对该菌株共生固氮能力影响及与群体感应系统（CinI/R）间的关系。主要结果如下:1、通过构建c-di-GMP信号增强菌株CFN42（wspR,过量表达鸟苷酸环化酶DGC）、CFN42ΔcinR（wspR）和沉默 CFN42（yhjH,过量表达磷酸二酯酶 PDE）、CFN42ΔcinR（yhjH）菌株,检测这些菌株的相关生理表型。结果显示,c-di-GMP信号增强后能促进菌株（野生型和ΔcinR）生物膜的形成与胞外多糖的产生,并且促进细菌的运动性,而c-di-GMP信号沉默后对这些表型产生抑制。对这些菌株的自体诱导物（Autoinducer）检测后发现,所有野生型菌株的β-半乳糖酶活性都在2500 Miller Units左右,而所有cinR缺失株都在20 Miller Units以下（不产生AHLs信号分子）,上述结果表明c-di-GMP信号参与调控菜豆根瘤菌CFN42生物膜形成、游动性等一系列生理表型,但与群体感应CinR/I系统不存在分子对话。2、将这些菌株进行接种实验,结果显示,c-di-GMP信号增强后,结瘤时间在接种后第4天（苗龄7天）左右,并且结瘤速率较对照组快,42天时总结瘤数在130个/株左右,而对照组结瘤数仅有90个/株左右;c-di-GMP信号沉默的菌株开始结瘤时间在苗龄10天左右,并且结瘤速率较对照组慢,最终总结瘤数在70个/株左右。对2-4周不同植株的固氮酶活性进行测定,结果显示,c-di-GMP信号增强的处理组固氮酶活性分别为500,300,200 μM C2H4/g/m/plant左右,而c-di-GMP信号沉默的处理组固氮酶活性分别为300,700,600 μM C2H4/g/m/plant左右,对照组固氮酶活性分别为380,500,400 μM C2H4/g/m/plant左右。从2-4周整体来看,c-di-GMP信号增强的处理组固氮酶活性呈现一个逐步下降的趋势,其它两组呈现为升高并稳定的趋势。通过对2-4周根瘤内细菌数量进行计数,检测c-di-GMP信号对菌株定殖能力的影响。结果显示,2-4周,根瘤内可培养活菌数和c-di-GMP信号强弱并没有关系,即c-di-GMP信号不影响菌株在根瘤内的定殖与存活。上述结果表明,c-di-GMP信号对CFN42结瘤能力有促进作用,但对固氮酶活性整体上具有一定的抑制,对根瘤菌的根瘤内存活能力没有影响。3、通过生物信息学分析,发现在CFN42基因组中一共有34个c-di-GMP信号相关结构域,其中26个具有c-di-GMP信号合成与降解相关结构域。对这26个基因在菌株的生物膜状态与悬浮培养状态下分别进行qPCR检测,结果发现17个基因在生物膜中表达量增加。将这26个基因在CFN42中进行过表达,通过生物膜实验并结合之前数据分析发现,基因RHECH01586、RHECH01761、RHECH02005、RHECH02526表达产物为二鸟苷酸环化酶,而基因RHECH03639表达产物为磷酸二酯酶。分别选择二鸟苷酸环化酶基因RHECH02526和磷酸二酯酶基因RHECH03639的过表达菌株进行接种实验,结果显示,当基因RHECH02526过表达后,c-di-GMP信号表达增强,共生状态下固氮酶活性检测与菌株CFN42（wspR）表型一致,而基因RHECH03639过表达后,共生状态下固氮酶活性检测与菌株CFN42（yhjH）（信号减弱型）表型一致。总的来说,在菜豆根瘤菌CFN42中,有一个复杂的c-di-GMP调控网络,本研究发现二鸟苷酸环化酶相关基因RHECH02526和磷酸二酯酶相关基因RHECH03639参与了菜豆根瘤菌的共生固氮和生物膜形成等生理过程,为后续CFN42中c-di-GMP信号的受体和基因表达调控研究提供了理论基础。