施氏假单胞菌A1501是分离自中国南方水稻根际的植物促生菌,具有固氮、反硝化以及合成植物生长激素等能力,促进植物生长。乙烯是一种气态植物激素,促使果实成熟和花的枯萎,但过量的乙烯使植物生长发育受阻。逆境条件如干旱、水涝、盐碱和重金属等均可诱导植物体内产生乙烯。ACC脱氨酶(1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase)能将乙烯合成前体ACC分解为α-酮丁酸和氨,从而提高植物在逆境胁迫下的适应能力。迄今为止,在植物体内尚未发现ACC脱氨酶,但该酶在植物根际促生菌中广泛存在。A1501基因组序列分析表明该菌中存在一个ACC脱氨酶编码基因。本研究采用生物信息学、分子生物学等手段,对该菌ACC脱氨酶编码基因acdS的功能进行研究,初步鉴定了ACC脱氨酶的功能并对其在盐胁迫、重金属等逆境条件下促进作物生长的机制进行了探讨,为探索微生物与植物互作机制提供了理论基础。本研究取得的主要结果如下:蛋白序列比对表明A1501菌中AcdS蛋白与已经报道的假单胞菌的序列高度同源,相似性约71.27 %。acdS基因与下游编码cAMP结合蛋白(cAMP-binding protein)的基因处于同一个转录单元。acdS基因的G+C含量为53.7 %,大大低于A1501染色体的G+C含量(63.8 %),推测这个基因可能来自基因的平行转移。大量报道也证实acdS基因不是微生物染色体DNA的主要部分,更多是存在于质粒上。克隆了A1501的acdS基因,通过同源重组的方法构建了acdS基因的非极性突变株和功能互补株。对野生型菌株A1501、acdS突变株和功能互补菌株的生长曲线、固氮酶活性、盐胁迫抗性、重金属胁迫抗性进行了测定。acdS突变株丧失了ACC脱氨酶活性,但却不影响菌株的正常生长。突变株在含0.8 M NaCl的培养基中生存能力下降,当用1.0 M NaCl冲击、13.2 mM镍离子冲击后,对于野生型突变株相的存活率均明显下降。在固氮条件下,acdS基因突变并不影响固氮能力,但在含有0.2 M NaCl的固氮培养基中,野生型的酶活降低50 %左右,acdS突变株酶活降低70 %,在该条件选择nifH,nifA,rpoN和glnA基因进行Real-Time PCR验证它们的表达水平,结果表明与野生型相比这4个基因的表达量均下调3-10倍以上,因此我们推测acdS可能通过某种直接/间接的作用影响了固氮基因以及一般氮代谢基因的表达。Biolog代谢谱研究表明,acdS突变株对D-果糖、L-阿拉伯糖、D-纤维二糖、麦芽糖、丙酮酸甲酯、α-丁酮酸、癸二酸、γ-氨基丁酸、甘油不能利用或利用率极低;对L-丙氨酸、L-丙胺酰胺、溴代丁二酸、丙二酸、顺式乌头酸的代谢能力相对于野生型菌株下降约2倍;对肝糖、吐温40、吐温80、葡萄糖酸、β-羟丁酸、L-焦谷氨酸代谢能力相对于野生型菌株下降约3倍。可能是由于acdS基因的突变影响了菌株的碳代谢网络。将acdS突变株及野生型分别接种水稻,并以不接种任何菌的水稻做空白对照,在0.12 M和0.2 M NaCl以及0.3 mM钴离子、铜离子、锌离子、镍离子胁迫下,接种A1501相比接种acdS突变株的植株及空白对照的株高、根长、根鲜重、根干重分别高19～45 %、30～47 %、22～68 %、28～43 %。综上所述,在盐等胁迫条件下,施氏假单胞菌具有的ACC脱氨酶活性可能缓解乙烯对植物造成的危害,从而促进植物的生长。