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固氮类芽孢杆菌是一类革兰氏阳性、产芽孢细菌,在农业生产中具有潜在的应用价值。开展对固氮类芽孢杆菌的基因组学研究及发掘其菌种资源,具有重要的学术价值和现实意义。本文首先完成了Paenibacillus sabinae T27的全基因组序列分析,并用生物信息学分析发现,该菌的染色体上含有了一个约11 kb、由10个基因(nifB nifH nifD nifK nijE nifE nifX hesA orf1 nifV)组成的固氮基因簇。此外,还含有多个nif(固氮)基因(3个nifB基因,2个nijH基因,1个nijE基因,1个nifN基因)和多个nif-like基因(2个nifH-like基因,5个nifD-like基因及5个nifK-like基因)。qRT-PCR研究表明,nifHDK基因只在固氮条件(无氧和无铵)下表达,在非固氮条件(有铵和有氧)下不表达；功能互补试验表明,nifHD基因具有固氮功能,而nif-like基因并没有固氮功能。大肠杆菌78-7是携带Paenibacillus固氮基因簇(nifB nifHnifD nifK nifE nifN nifXhesA nifV)的重组菌株,其固氮酶活性只有原宿主Paenibacillus polymyxa WLY78的10%。为了提高固氮酶在异源宿主的活性,从Paenibacillus polymyxa WLY78和产酸克氏杆菌(Klebsiella oxytocd)中选择了28个基因,并将这些基因与Paenibacillus nif启动子组合后,导入到重组固氮大肠杆菌78-7中。结果表明,Paenibacillus polymyxa WLY78的sufCBSUD基因簇(编码铁硫簇合成)和固氮酶电子传递因而pfoAB, fldA1及fer能够提高固氮酶活性；发现K. oxytoca中的nifSU(铁硫簇合成)及nifFJ(固氮酶电子传递)也能够提高固氮酶活性。进一步将Paenibacillus中的pfoABfldA与K. oxytoca中的nifSU基因共同导入到重组固氮大肠杆菌78-7,固氮酶活性由原来的10%提高到50.1%。发现K. oxytoca中的nifWZM(参与固氮酶FeMo-cofactor合成)和nifQ(固氮酶合成过程中负责钼的运输)并不能提高固氮酶活性。并通过基因突变分析表明,pfoAB和fldA在Paenibacillus固氮作用中起电子传递作用。此外,还探索性地研究了固氮基因簇在真核酵母中的表达。