生物固氮是个高耗能的过程，每还原一分子的N2消耗16分子的ATP。斯氏假单胞菌(Pseudomonasstutzeri)A1501是一株分离自我国南方水稻根际土壤的联合同氮菌，在无铵和微好氧的条件下能将空气中氮气固定为植物可吸收利用的铵，该菌全基因组已完成序列分析和功能注释。 本研究采用生物信息学和分子生物学等技术手段，对A1501编码电子传递复合体的mf基因簇进行功能鉴定以及表达调控的研究，为探讨和进一步阐明联合生物固氮的分子机制奠定理论基础。 本研究根据A1501菌基因组的功能注释，对该菌的中心代谢、能量合成及环境适应性等方面进行了生物信息学分析，结果显示A1501菌具有代谢途径的多样性，除糖酵解(EMP)代谢途径不完整外，包含几乎全部编码Entner-Doudorff途径(ED)、磷酸戊糖途径(HMP)、三羧酸循环(TCA)以及乙醛酸途径中所需酶的基因，这些代谢途径为该菌生长和生物固氮提供所需的能量和还原力。 固氮菌的能量产生与电子传递密切相关。序列分析表明，在A1501菌基因组存在三套紧密排列成簇的编码电子传递复合体(1个Nqr和2个Rnf复合体)的基因。其中rnf1基因簇包含7个基因(rnfABCDGEH)，rnf2基因簇包含6个基因(rnfABCDEG)，nqr基因簇包含6个基因(nqrABCDEF)。我们利用pK18mob自杀性载体，通过三亲接合，分别构建了nqr、rnf1和rnf2三个基因簇的极性突变株，生理生化测定的结果表明各基因簇的缺失并不影响细胞的正常生长，但rnf1基因的缺失造成了固氮酶活的显著下降，其突变株的固氮酶活仅为野生型菌株的10％以下；而rnf2,nqr基因簇的极性突变对固氮酶活没有造成任何影响。由于rnf1基因簇位于固氮岛之内，编码的复合体可能负责电子向固氮酶的传递；rnf2,nqr基因簇位于固氮岛之外，编码的复合体则可能与氧化应激反应有关，以适应外界不良环境的刺激。固氮岛内还存在nifF基因，其产物为电子传递中间体，该基因的突变导致细胞的固氮酶活降低到野生型的46.9％，表明在固氮岛内还存在其它未知电子传递补偿途径。 为了研究rnf1基因簇的功能，我们分别构建了rnf1基因簇内7个基因的非极性突变株。固氮酶活测定表明任何一个基因的突变均造成了固氮酶活的显著性降低，为野生型菌株的3.4-14.9％，结果表明该基因簇编码一个完整的电子传递体，任何一个基因的缺失都造成rnf1电子传递体结构的破坏，使之不能正确行使电子的传递，从而影响该菌的固氮功能。对rnf基因簇的末端编码蛋白基因rnfH基因进行序列分析，发现其下游基因nifY2，PST1323与rnfH基因的转录方向一致。通过RT-PCR分析表明，rnfH与nifY2，PST1323为同一个转录单元，位于同一个操纵子。 斯氏假单胞菌A1501中生物固氮与电子传递密切相关，其rnf1基因簇可能受固氮正调控因子NifA调控。本研究采用细菌单杂技术进一步分析了NifA蛋白与rnf1基因簇启动子的相互作用，结果显示斯氏假单胞菌A1501中NifA蛋白与rnf1基因簇启动子之间存在着相互作用，表明固氮正调控因子NifA调控rnf1基因簇的表达。同时体外凝胶阻滞实验表明NifA蛋白和rnf1基因簇启动子之间存在特异性结合。上述研究结果推断电子传递体Rnf1主要提供了生物固氮过程中所需的能量，编码电子传递体rnf1基因簇的表达是受固氮正调控蛋白所激活的。