Anpassung von Synechococcus elongatus PCC 7942 an metabolische Stressbedingungen: Analyse des molekularbiologischen Systems eines obligat oxygen-photoautotrophen Prokaryonten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ausgangspunkt des Projektes "Anpassung von Synechococcus elongatus PCC 7942 an metabolische Stressbedingungen: Analyse des molekularbiologischen Systems eines obligat oxygen-photoautotrophen Prokaryoten" war die Transkriptomanalyse von Synechococcus elongatus unter metabolische Stressbedingungen. Dazu wurde am Institut für Genomforschung und Systemische Biologie, CeBITec, Bielefeld, ein S. elongatus DNA- Microarray konzipiert und hergestellt. Insbesondere wurde in den Transkriptomanalysen die Limitierung von Eisen- und Sfickstoffverbindungen, zwei essentiellen Nährstoffen, die auch in der Natur häufig wachstumslimitierend sind, in den Fokus genommen; in Kooperation mit M. Hagemann auch CO2 Limitierung. Neben dem Wildtypstamm wurden auch zahlreiche Mutanten untersucht, insbesondere Mutanten in bekannten Transkriptions- und Regulationsfaktoren. Auf diese Weise konnte für den Eisen-regulierten Transkriptionsfaktor IdiB das gesamte Regulon entschlüsselt werden. Ebenfalls wurde das Regulon des Stickstoff-Kontrollfaktors NtcA entschlüsselt und sein Zusammenwirken mit dem Co-Aktivatorprotein PipX auf Ebene des gesamten Transkriptoms aufgeklärt. In beiden Fällen wurden neue Gene entdeckt werden, deren Expression durch diese Transkriptionsfaktoren gesteuert wird. Weiterhin wurde die Auswirkung der Mutation des generellen Stress- Regulationsfaktors NblR untersucht. Es konnte auf diese Weise die pleiotrope Auswirkung von NblR auf das zelluläre Geschehen in S. elongatus ermittelt werden. Allerdings führte die Analyse von NblR nicht wie erhofft zur Identifizierung eines klar umrissenen NblR Operons. Vielmehr scheinen viele Veränderungen in der NblR Mutante indirekter Natur zu sein. Die Funktion neu entdeckter Gene, die unter Eisen- oder Stickstoffkontrolle stehen, wurden des weiteren physiologisch und funktionell untersucht. Hierbei wurde auch der Vergleichsorganismus Synechocystis PCC 6803 in die Analyse mit einbezogen. Durch eine Analyse von PsbO-freien Mutanten konnte ermittelt werden, dass dieses mit Photosystem 1 1 assoziierte Protein für den Arginin-Katabolismus in Synechocystis PCC 6803 eine fundamental Rolle spielt, während es in S. elongatus nicht von Bedeutung ist. Die Genregion, die in S. elongatus und Synechocystis PCC6803 am stärksten auf Stickstoffmangel reagiert, besteht aus einem Operon aus 5 Genen, die mit Ausnahme einer Nitrilase {sll0784) bisher nicht beschrieben worden sind. Dieses Operon kommt in zahlreichen einzelligen, nicht Stickstoff-fixierenden Cyanobakterien vor, sowie in etlichen heterotrophen Bakterien, insbesondere Stickstoff-fixierende und PHB synthetisierende Proteobakterien. Sämtliche Gene dieses Operons wurden in S. elongatus inaktiviert, die Mutanten zeigten aber keinen Phänotyp. Einzig die Mutation des ersten Gens in diesem Operon (SI10783; ein Protein mit schwacher Homologie zur DsrE Familie) in Synechocystis PCC 6803, führt zu einem Verlust der Fähigkeit, Polyhydroxybutyrat unter Stickstoffmangel zu akkumulieren. Durch weitere Analyse dieser Mutante kann somit die physiologische Funktion dieses hochinteressanten Operons entschlüsselt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2008 Transcript profiling reveals new insights into the acclimation of the mesophilic fresh-water cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 7942 to iron starvation. Plant Physiol. 147:747-763
Nodop A, Pietsch D, Höcker R, Becker A, Pistorius EK, Forchhammer K, Michel KP
- 2008. Chlorose in Synechococcus elongatus PCC 7942: Untersuchung des Response regulators NblR und des Transkriptionsfaktors NtcA. Dissertation der an der Justus-Liebig-Universität Giessen
Grit Rasch
- 2008. Transcript profiling indicates that the absence of PsbO affects the coordination of C and N metabolism in Synechocystis sp. PCC 6803. Physiol Plant. 133:525-543
Schriek S, Aguirre-von-Wobeser E, Nodop A, Becker A, Ibelings BW, Bok J, Staiger D, Matthijs HC, Pistorius EK, Michel KP
