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大豆是国际上公认的重要农作物之一,且根瘤菌与大豆的共生互作在农业发展中起到非常重要的作用。目前国际上研究比较广泛的大豆根瘤菌主要来自Bradyrhizobium属,而我国拥有丰富的快生大豆根瘤菌种质资源,其中Sinorhizobium fredii是黄淮海地区和新疆地区碱性土壤中大豆的优势结瘤种群。S.fredii因其存在发酵时间短和较强竞争结瘤能力的优势,有望成为适用于盐碱土地的一种高效快生根瘤菌剂。由此,通过揭示S. fredii与大豆之间的侵染和共生机制将为实现可持续发展的农业提供更多的机遇。在与豆科植物早期的侵染互作过程中,根瘤菌所分泌的结瘤因子和胞外多糖是双方对话的重要信号。为了探索快生大豆根瘤菌所分泌的结瘤因子结构与胞外多糖的多样性,本研究首先选取来自三个不同种的的四株快生大豆根瘤菌代表菌株S.fredii (CCBAU45436, CCBAU25509), S.sojae (CCBAU05684), Sinorhizobium sp. (CCBAU05631),通过ESI-MS/MS和2D NMR技术研究和比较它们分泌的结瘤因子及胞外多糖结构(EPS)。实验结果显示,当以柚皮素为诱导物时,四株根瘤菌分泌相同种类的结瘤因子混合物,都是以β-(1,4)糖苷键连接而成的N-乙酰-D-葡糖胺为单位聚合而成的三聚物,四聚物和五聚物,并且在它们的非还原末端C2位置被含有0个或者1个不饱和键的十六烷基酸或者十八烷基酸所修饰,在还原末端的几丁质骨架上的C6位置被岩藻糖基团或者甲基化的岩藻糖基团所修饰。此外,四株菌所分泌的结瘤因子混合物中,N-乙酰-D-葡糖胺的四聚物所占比例最高,其次为五聚物。在以胰蛋白胨及酵母粉为天然碳氮源的培养基中,四株根瘤菌分泌相同组分的EPS,且其低分子量的EPS含有一致的1H NMR图谱,暗示了它们分泌结构接近一致的低分子量胞外多糖。亲缘关系相对较远的S.fredii CCBAU45436和S. sojae CCBAU05684所分泌的胞外多糖结构完全相同：其重复的结构单元是由葡萄糖,半乳糖,葡糖醛酸以5：1：2或者6：1：2为比例组成的八碳糖或九碳糖,并且携带一个丙酮取代基团。以上结果暗示了尽管快生大豆根瘤菌在长期的进化过程中存在着很大的基因组差异,但是它们仍然分泌着保守的结瘤因子和表面多糖信号,这可能是由于大豆施加的选择压力所造成的。此外,为了筛选与大豆宿主共生相关的基因,本研究采用标签突变体库技术构建了含17个标签的库容为25500的S. fredii CCBAU45436的突变体库,并且通过3个批次的筛选得到了3株竞争结瘤能力降低的突变株。其中ptsP::Tn5-Tag4单接种时,大豆植株表现明显的缺氮症状；进一步的基因敲除和基因回补实验证明该ptsP的缺失导致根瘤菌在根瘤中的PHB颗粒减少,固氮能力降低。ptsP基因编码氮磷酸转运系统中的EINtr,该蛋白包含一个潜在的氮信号响应GAF结构域和三个PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)作用结构域。但是,GAF缺失突变株的共生固氮能力以及对化学氮肥的响应与野生型菌株类似,说明GAF结构域可能不是EINtr在共生过程中发挥功能所必需的。此外,本研究还发现AptsP不能有效利用L-丙氨酸(L-Alanine)为碳源,证明了ptsP所编码的EINtr在相关的碳源代谢中发挥着重要的作用。综上可以看出,EINtr很有可能是连接根瘤菌碳氮代谢系统的重要枢纽之一