Symbiotická fixace dusíku u rostlin
Fixace dusíku - redukce vzdušného dusíku na amoniak
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) ∆H = -33,3 kJ mol-1
Enzym nitrogenáza – nitrátreduktáza
Schopnost fixovat vzdušný dusík mají:
(1) bakterie nefotosyntetizující:
volně žijící - Klebsiella
žijící v symbióze – rod Rhizobium
Sinorhizobium, Bradyrhizobium, Azorhizobium,
Mesorhizobium a Allorhizobium
(2) bakterie fotosyntetizující: Rhodospirillum
(3) aktinomycety: Corynebacterium
(4) cyanobacteria: Anabaena
Leguminózy
Řád Fabales – čeledě Fabaceae
Caesalpiniaceae
Mimosaceae
Některé druhy bakterií, popř. jejich biovary,
a jejich hostitelé
Bakterie Rostlinný druh - hostitel
Rhizobium meliloti Medicago sativa
R. leguminosarum
biovar viciae Pisum sativum
trifolii Trifolium spp.
phaseoli Phaseolus vulgaris
Bradyrhizobium japonicum Glycine max
Tvorba kořenových hlízek
Jednotlivá stadia tvorby kořenových hlízek
y
Tvorba infekčních kapek, pronikání bakterií do
rostlinných buněk endocytózou a jejich přeměna v
bakteroidy
Geny determinující fixaci dusíku
-Rostlinné
noduliny ENOD
gen pro leghemoglobin
Lokalizace: cytoplazma hostitelských buněk
Funkce: zajišťuje funkčnost enzynu nitrogenázynitrátreduktázy,
snižuje koncentraci
přebytečného atmosferického kyslíku
-Bakteriální (lokalizace na plazmidech)
nod – tvorba hlízek, aktivace exprese genů
nif – komplex nitrogenáza – nitrátreduktáza
fix
Lokalizace genů nod, nif a fix na plazmidu Rhizobium
leguminosarum pRL1JI
Gen Funkce________________
nodD aktivátor transkripce
nodA, nodB, nodC tvorba lipo-oligosacharidů
nodI, nodJ transport produktů fotosyntézy přes membránu
k bakteroidům a produktů fixace ven
nodL acetyltransferáza
nifK, D polypeptidy nitrogenázy
nifH polypeptidy nitrátreduktázy
nifB, E kofaktor hemu
nifA regulace genů fix
fixA, fixB, fixC proteiny dodávající elektrony nitrogenáze
fixL, fix J kontrolní funkce (koncentrace kyslíku)
Struktura lipooligosacharidů s pozicemi R1, R2 a R3
pro různé substituce
R. meliloti R. leguminosarum
R1 = CH3CO nebo H R1 = CH3CO
R2 = SO3H R2 = H
R3 = C16:2 R3 = C18:4 nebo C18:1
Geny nod
Faktory NOD
Přehled preinfekčních a časných infekčních signálů mezi
kořenovými buňkami rostliny a bakterií
Přehled interakcí mezi bakteroidem r. Rhizobium a
kořenovou buňkou rostliny během fixace vzdušného
dusíku v hlízce
http://genome.microbedb.jp/rhizobase/
Mesorhizobium loti – 1 chromozom 7036 kb
2 plazmidy 352 kb, 208 kb
Rhizobium meliloti – 1 chromozom 3654 kb
2 megaplazmidy pSymA 1354 kb a
pSymB 1683 kb
pSymA geny nod, nif, fix - 1300 proteinů
Osekvenované rhizobiální genomy
Modelové druhy rostlin z hlediska fixace dusíku
Medicago truncatula
Lotus japonicus
Glycine max
Metodické přístupy identifikace genů
T-DNA tagging
poziční klonování
sekvenování nové generace