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生物固氮---nif基因

(2014-10-11 17:09:03)
标签:

nif基因

分类: 生物常见的一些概念及方法

    在固氮菌的基因组中,固氮相关的nif( vnf/anf) 基因都是作为一个或几个基因簇存在的,称为固氮基因簇( nitrogen-fixationgene cluster) 是生物固氮的遗传基础,利用所有已知固氮菌nif 基因簇中的共有基因簇nifHDKENB发现新的可能的固氮菌。目前已知的固氮酶除了常见的由nifHDK编码的钼铁( MoFe) 固氮酶外,还有由vnf 编码的钒铁( VFe) 固氮酶和由anf 编码的铁铁( FeFe) 固氮酶 。其中在钒铁固氮酶( vnfHDK编码) 的活性位点辅因子处是由钒离子取代了钼离子,而铁铁固氮酶的活性位点辅因子只含有铁离子。尽管这三种固氮酶所含金属离子不同,但是这些固氮酶亚型在结构催化机制和系统进化上是相关的。Vnf Anf 亚型的固氮酶( 又称为选择型固氮酶) 只在同时含有Nif 系统的固氮菌的基因组中存在[1315],并且选择型固氮酶的表达受到环境中可利用的钼的调控

 

固氮酶复合物主要由两部分组成: nifH编码的铁蛋白( 又称为固氮还原酶) nifDK编码的钼铁蛋白( 又称为固氮酶).  铁蛋白是一个由[4Fe-4S]簇桥连的同源二聚体,负责转移电子给钼铁蛋白[4]钼铁蛋白是一个2 2异四聚体,含有一个P 8Fe-7S]簇,负责铁蛋白与铁钼辅因子之间的电子转移,铁钼辅因子是一个[7Fe-Mo-9S-homocitrate-X]簇,是底物结合和还原的位点[5]偶联Mg-ATP水解释放的自由能,铁蛋白与钼铁蛋白一起催化N2还原为NH3的反应

 

 

但是Patricia等[7]发现几乎所有已测序的固氮菌都至少含有6个保守的基因: nifHnifDnifK nifE nifNnifB 并且这6个基因在所有已鉴定的系统中对固氮都是必需的

比较所有已测序固氮菌中的固氮基因簇,发现均至少含有六个保守基因: nifH nifD nifK nife nifNnifB,并且这6个基因在所有已鉴定的系统中都是固氮所必需的. 在所有测序的固氮菌基因组中,6个共有基因中至少有3个是在一个连续的区域内,通常是nifHDK成簇存在,而在另一些情况下,nifDKnifEN相邻 在少数情况下,这6个共有基因位于基因组内的一个单独区域

 

 

nifH 基因在产甲烷古菌中广泛存在,不论该菌是否具有固氮能力(Staples et al., 2007)。在不进行固氮的产甲烷菌中,nifH可能参与辅酶F430的合成而非执行固氮功能(Staples et  al.,  2007)。

比较基因组分析表明,M. paludicola 存在两个拷贝的nifH 基因(Mcp_0364Mcp_0905),并且这两个基因均与非固氮菌的nifH基因同源(Sakai et al., 2011)。M. arvoryzae同样存在两个拷贝的nifH基因(RCIX1606RCIX2002),其中nifH2RCIX2002)与非固氮菌的nifH基因同源,而nifH1RCIX1606)与固氮菌Clostridium acetobutylicumnifH基因同源(Sakai et  al., 2011)。nifH1RCIX1606)与其它固氮酶基因处于一个潜在操纵子内M. conradii的情况与M. arvoryzae类似,nifH1Mtc_0064)与非固氮菌的nifH基因同源。而且,培养基中添加了NH4+作为氮源,因此nifH1的表达可能并不参与固氮,而是执行非固氮的功能。

nifH2Mtc_0142)与其它固氮酶基因处于一个潜在操纵子内,且与固氮菌的nifH基因同源,但是与nifH2处于同一操纵子内的基因表达均较低,因此它们在本实验条件下可能并不能发挥固氮的作用。

 

M. paludicola缺乏nifDK基因,因此没有固氮的能力。

 

 

 

 

pneumoniae) 中的nif 基因簇是研究固氮的模式系统,由20个基因组成,长约23kb( 1) 包括固氮酶结构基因nifHDK 及在固氮酶非活性产物成熟过程( 如参与电子转运和铁钼辅因子生物合成及组装过程等) 中起作用的其他固氮相关基nifS nifU nifB nifE nifN nifV nifZ nifQ nifWnifJ

 

 

 

7DosSantosPCFang ZMason SWet al Distribution ofnitrogen fixation and nitrogenase-like sequences amongstmicrobial genomesJ]. BMCGenomics201213: 162

 

参考资料:

文献: 生物固氮基因簇结构与进化研究进展

 

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