Vanadium dependent nitrogenase in cyanobacteria from lichens

Abstract

Blágrænbakteríur eru ljóstillífandi einfrumungar sem hafa þann eiginleika að umbreyta lofttegundinni N2 í nothæft form fyrir lífhvolfið, með afoxun. Ensímið sem ber ábyrgð á þessu er nitrogenasi, sem afoxar N2 í NH4+, og kemur frumefninu þannig inn í niturhringrás náttúrunnar. Hliðarmálmurinn mólýbden er hluti af slíkum nitrogenösum sem MoFe hjálparþáttur en nýlega hefur greinst nitrogenasi sem notar vanadín í stað mólýbdens, sem VFe hjálparþátt. Talið er að VFe ensímið sé hlutfallslega skilvirkara í kaldara umhverfi, en ekki er fyllilega ljóst hvers vegna þessi gerð nitrogenasa ensíms hefur þróast því það er óskilvirkara en MoFe ensímið. Í verkefninu var horft til tjáningar nif og vnf genanna sem standa að baki Mo og V ensímanna. Ræktaðir voru þrír Nostoc stofnar, N6 sem ber aðeins nif en ekki vnf, 210A og 232 sem bera og tjá bæði genin. Stofnarnir voru ræktaðir í þrenns konar æti, án V og Mo, með Mo og með V án Mo, við tvenns konar hitastig. Genatjáning var svo skoðuð með RNA úrdrætti og öfugri umritun yfir í cDNA sem var svo hægt að magngreina með rauntíma PCR tækni (qPCR). Einnig var Anabaena variabilis ræktuð í þessum þremur ætum, við herbergishitastig, en þessi stofn getur tjáð bæði nif og vnf nitrogenasa, og það kom vel fram í niðurstöðum þessa verkefnis.

Cyanobacteria are photosynthetic unicellular organisms with the ability to fix atmospheric nitrogen. The enzyme responsible is a nitrogenase which reduces N2 to NH4+, channeling it into the biological nitrogen circulation. The transition metal molybdenum is generally present in these nitrogenases as a MoFe cofactor. Recently, another nitrogenase has been identified in a few cyanobacteria, containing a VFe cofactor. The V nitrogenase seems to have relatively higher efficiency at cooler environments, but since its efficiency is lower than the Mo nitrogenases, it is poorly understood how the V nitrogenase evolved. In this project the focus was on the expression of the two genes encoding these nitrogenases, nif and vnf for the Mo and V nitrogenases, respectively. Three Nostoc strains, N6 which only has nif, 210A and 232 which have both, were cultured in three different media at two temperatures. The three media would contain neither Mo nor V, only Mo and only V. Gene expression was analysed by RNA extraction from the cultures, followed by reverse transcription to cDNA and Real time PCR assays (qPCR). Anabaena variabilis was also cultured and analysed, but it is known to express both nitrogenases, as was also found in this project.