Genomweite Analysen von Gen-Clustern zur ABC-Transport-vermittelten Eisenaufnahme bei Sinorhizobium meliloti Stamm Rm1021

Buhrmester J (2004)
Bielefeld (Germany): Bielefeld University.

Download
OA
Bielefeld Dissertation | German
Author
Supervisor
Pühler, Alfred (Prof. Dr.)
Abstract
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit erfolgte eine genomweite Analyse von ATP-Binding-Cassette-(ABC-)Transporter Gen-Clustern des symbiotischen Bodenbakteriums Sinorhizobium meliloti Rm1021, die potentiell an der Aufnahme von Eisen beteiligt sein könnten. Hierzu wurden zunächst anhand eines Datensatzes von experimentell gut charakterisierten Eisen-ABC-Transportern Homologievergleiche gegen alle abgeleiteten Aminosäuresequenzen des vollständig sequenziert vorliegenden Genoms von S. meliloti Rm1021 durchgeführt. Auf diese Weise wurden insgesamt acht Gen-Cluster identifiziert, die jeweils ein periplasmatisches Substratbindeprotein, eine Transmembran-Domäne sowie eine ATPase eines potentiellen Eisen-ABC-Transporters codieren. Drei dieser Gen-Cluster wurden auf dem Chromosom lokalisiert. Neben dem Chromosom besitzt S. meliloti Rm1021 die zwei Megaplasmide pSymA und pSymB, auf denen ein bzw. vier Eisen-ABC-Transporter Gen-Cluster identifiziert wurden. Anhand von phylogenetischen Analysen, die auf der Sequenzanalyse der ATPasen basierten, konnten die potentiellen Eisen-ABC-Transporter in drei unterschiedliche Gruppen differenziert werden, so dass die acht identifizierten Transporter einen Metal-Typ, vier Siderophore/Haem-Typ und drei Ferric-Typ Eisen-ABC-Transporter repräsentieren. Zur Analyse der möglichen Funktion wurden für sieben der acht potentiellen Eisen-ABC-Transporter Deletionsmutanten konstruiert. Anhand eines eisenabhängigen Wachstum-Phänotyps konnte die Beteiligung an der Eisenaufnahme von freilebenden S. meliloti-Zellen für vier potentielle Eisen-ABC-Transporter nachgewiesen werden. Hierbei scheint die Siderophor-abhängige Eisenaufnahme der bevorzugte Mechanismus zur Eisenversorgung zu sein, da, mit einer Ausnahme, alle Metal- und Ferric-Typ Transportermutanten nicht in ihrem Wachstum beeinflusst waren. Zur Expressionsanalyse wurden die Promotorregionen aller acht potentiellen Eisen-ABC-Transporter Gen-Cluster vor ein promotorloses gusA-Gen eines Promotor-Test-Vektors kloniert. Anhand dieser Reportergen-Konstrukte konnte gezeigt werden, dass nur die Expression der Siderophore/Haem-Typ Gen-Cluster durch Eisenmangel induziert wurde. Neben der erhöhten Expression der Siderophore/Haem-Typ Gen-Cluster bewirkte das Wachstum der Bakterien unter Eisenmangel eine erhöhte Produktion des Siderophors Rhizobactin 1021, die mit Hilfe des CAS-Tests nachgewiesen werden konnte. Ebenfalls konnte mit Hilfe der Reportergen-Konstrukte gezeigt werden, dass die Supplementierung eines Minimalmediums mit den alleinigen Eisenquellen FeCl3, FeSO4, Haemin bzw. Haemoglobin die Expression spezifischer putativer Eisen-ABC-Transporter Gen-Cluster von freilebenden S. meliloti Rm1021 Zellen bewirkte. Die Auswertung zur Verfügung stehender Daten genomweiter Expressionsanalysen, die mit Hilfe eines Gesamt-Genom PCR-Microarrays durchgeführt wurden, bestätigte ebenfalls die Bedeutung der Siderophor-abhängigen Eisenaufnahme, da neben der erhöhten Expression einiger Gene der Siderophore/Haem-Typ Gen-Cluster, auch die Gene der Biosynthese des Siderophors Rhizobactin 1021, für den Rhizobactin 1021-spezifischen Rezeptor und für Komponenten des energieliefernden TonB-ExbB-ExbD-Systems unter Eisenmangel eine deutlich erhöhte Expression aufwiesen. In planta Studien zeigten, dass, mit einer Ausnahme, im Luzerne-Knöllchen alle potentiellen Eisen-ABC-Transporter Gen-Cluster exprimiert wurden. Die Expression war in allen Fällen auf die symbiotische Zone, in der die S. meliloti Rm1021 Bakteroide atmosphärischen Stickstoff fixieren, begrenzt. Jedoch ist keiner der potentiellen Eisen-ABC-Transporter essentiell für die Nodulation und Stickstofffixierung, da die getesteten Transportermutanten zum Wildtyp S. meliloti Rm1021 vergleichbare Symbioseeigenschaften aufwiesen.
Year
PUB-ID

Cite this

Buhrmester J. Genomweite Analysen von Gen-Clustern zur ABC-Transport-vermittelten Eisenaufnahme bei Sinorhizobium meliloti Stamm Rm1021. Bielefeld (Germany): Bielefeld University; 2004.
Buhrmester, J. (2004). Genomweite Analysen von Gen-Clustern zur ABC-Transport-vermittelten Eisenaufnahme bei Sinorhizobium meliloti Stamm Rm1021. Bielefeld (Germany): Bielefeld University.
Buhrmester, J. (2004). Genomweite Analysen von Gen-Clustern zur ABC-Transport-vermittelten Eisenaufnahme bei Sinorhizobium meliloti Stamm Rm1021. Bielefeld (Germany): Bielefeld University.
Buhrmester, J., 2004. Genomweite Analysen von Gen-Clustern zur ABC-Transport-vermittelten Eisenaufnahme bei Sinorhizobium meliloti Stamm Rm1021, Bielefeld (Germany): Bielefeld University.
J. Buhrmester, Genomweite Analysen von Gen-Clustern zur ABC-Transport-vermittelten Eisenaufnahme bei Sinorhizobium meliloti Stamm Rm1021, Bielefeld (Germany): Bielefeld University, 2004.
Buhrmester, J.: Genomweite Analysen von Gen-Clustern zur ABC-Transport-vermittelten Eisenaufnahme bei Sinorhizobium meliloti Stamm Rm1021. Bielefeld University, Bielefeld (Germany) (2004).
Buhrmester, Jens. Genomweite Analysen von Gen-Clustern zur ABC-Transport-vermittelten Eisenaufnahme bei Sinorhizobium meliloti Stamm Rm1021. Bielefeld (Germany): Bielefeld University, 2004.
Main File(s)
Access Level
OA Open Access

This data publication is cited in the following publications:
This publication cites the following data publications:

Export

0 Marked Publications

Open Data PUB

Search this title in

Google Scholar