化学氮肥可以维持作物生产力,但是化学氮肥过度使用会导致经济成本和环境污染。减少氮肥使用使用的一种方法是将氮酶生物合成途径转移到非乳状植物中。Fe蛋白是氮酶的两个结构成分。NIFB是一个关键的成熟酶,它催化了结合和减少n 2的氮酶Femo-Concactor的生物合成中的第一个投入步骤。NIFB,NIFH,NIFD和NIFK的表达对于产生能够固定大气N 2的植物至关重要。在这项研究中,Paenibacillu Polymyxa Wly78的四个基因(NIFB,NIFB,NIFD和NIFK)通过CRE/LOXP重组系统组装在植物表达vector PCAMBIA1301中,从而产生重组表达vector PCAM- bia1301301-nifbhdk。然后,使用tumefaciens介导的转化将表达载体中携带的四个NIF基因共同融入了高地棉R15。通过PCR和RT-PCR选择了T 3代的纯合转基因棉线B2,B5和B17。QRT-PCR显示,NIFB,NIFH,NIFD和NIFK在类似水平的转基因棉中共表达。Western印迹分析表明,NIFB,NIFH,NIFD和NIFK是在转基因棉中共同生产的。棉花中四种关键的NIF蛋白(NIFB,NIFH,NIFD和NIFK)的共表达是工程氮酶生物合成途径的重要一步。
抽象的生物氮固定,惰性N 2向代谢可触发的NH 3的转化仅由某些称为重18zotrophs的微生物进行,并由氮酶催化。a [7fe-9s-c-mo- r- homocitrate] - cofactor(指定为femo-CO)提供了催化位点,用于降低mo依赖性氮酶的n 2。因此,在模型真核生物(例如酿酒酵母)中实现FEAMO-CO形成,这是使它们具有MO依赖性生物氮固定能力的重要里程碑。femo-CO组装中的中心播放器是脚手架蛋白Nifen,在该蛋白质中,NIFB的[8FE-9S-C]前体的nifb-Co处理。先前的工作确定可以在酿酒酵母线粒体中产生NIFB-CO。在当前的工作中,在酿酒酵母中表达了来自不同重18zotrophs的Nifen基因的库,针对线粒体,并针对产生可溶性硝基蛋白质复合物的能力进行了调查。许多这样的nifen变体在重生A. vinelandii中异源产生时,都支持FEMO-CO形成。然而,其中只有三个以可溶性形式积聚在有氧培养的酿酒酵母的线粒体中。在体外FEAM-CO合成测定中有两个变体活跃。Nifen,Nifb和NIFH蛋白(所有这些物种都从酿酒酵母线粒体中产生并纯化),以建立成功的FEMO-CO生物合成途径。这些发现表明,将各种种间氮酶Feemo-CO组件组件结合在一起可能是一种有效的,也许是实现和优化真核眼球生物体中氮固定的唯一方法。
固氮酶催化 N2 还原为铵 (1)。固氮酶由两种蛋白质组成,即二氮酶 (组分 I,Mo-Fe 蛋白) 和二氮酶还原酶 (组分 II,Fe 蛋白) (1, 3)。二氮酶含有一个独特的辅基,即铁钼辅因子 (FeMo-co),由 Fe、Mo 和 S (15) 组成。生化和遗传研究表明,至少有六种 nif (固氮) 基因产物参与了 FeMo-co 的生物合成。含有 nifB、nifN 或 nifE 突变的肺炎克雷伯菌菌株无法合成 FeMo-co (12, 15)。在含有低水平钼酸盐的培养基中,当固氮酶被解除抑制时,nifQ 突变的菌株不会合成 FeMo-co (8)。某些含有 nifH(编码二氮酶还原酶)突变的肺炎克雷伯菌和棕色固氮菌菌株无法积累 FeMo-co(2, 13)。从含有 nifV 突变的肺炎克雷伯菌菌株中分离出的二氮酶表现出改变的底物亲和力和抑制剂敏感性(10)。进一步的研究表明,NifV 突变体在 FeMo-co 合成方面存在缺陷(4)。最近,描述了一种体外合成 FeMo-co 的系统,该系统需要 ATP、钼酸盐、nifB、nifN 和 nifE 的基因产物(17)、二氮酶还原酶(未发表的数据)和同型柠檬酸(6)。肺炎克雷伯菌对同型柠檬酸的积累与功能性 nifV 基因的存在有关,该基因显然编码同型柠檬酸合酶(7)。在解除固氮酶抑制期间,发现高柠檬酸在肺炎克雷伯氏菌培养物培养基中积累 (6)。我们在此报告,向肺炎克雷伯氏菌 NifV 突变体培养基中添加高柠檬酸可治愈该表型。肺炎克雷伯氏菌 UN 是从菌株 M5al 中重新分离的野生型菌株,该菌株最初来自 PW Wilson 的收藏。菌株 UN1991 (nifV4945) 是一种稳定的 NifV 突变体,回复频率为 3 x 10-10(T. MacNeil,博士论文,威斯康星大学麦迪逊分校,1978 年),之前已有描述 (9)。肺炎克雷伯氏菌突变体中的生长和固氮酶解除抑制已被描述 (8)。从肺炎克雷伯菌 (6) 培养物的去阻遏培养基中分离出 (R)-2-羟基-1,2,4-丁烷三羧酸 (高柠檬酸)。将高柠檬酸添加到 UN1991 培养物中,最终浓度约为 83 mg * 升-' (0.4 mM)。用 DEAE-纤维素色谱法 (14) 从菌株 UN、UN1991 和 UN1991 中纯化二氮酶,这些菌株在高柠檬酸存在下已对固氮酶进行了去阻遏。已描述了乙炔和 N2 还原测定