Bằng chứng di truyền cho tổ chức siêu operon của các gen liên quan đến sắc tố quang hợp và protein kết hợp sắc tố trong Rhodobacter capsulatus

Springer Science and Business Media LLC - Tập 218 - Trang 1-12 - 1989
Debra A. Young1, Carl E. Bauer1, JoAnn C. Williams1, Barry L. Marrs1
1Experimental Station, E.I. DuPont de Nemours & Co., Central Research and Development Department E173/118, Wilmington, USA

Tóm tắt

Ba operon liền kề, mỗi operon liên quan đến quang hợp trong Rhodobacter capsulatus, đã được chứng minh bằng phương pháp di truyền là có khả năng phiên mã đồng thời. Trong quá trình mô tả các đặc điểm của operon bchCA, mà mã hóa cho hai enzyme thiết yếu trong sự tổng hợp bacteriochlorophyll, chúng tôi phát hiện rằng sự biểu hiện của các gen bchCA bị ảnh hưởng bởi hiện tượng đọc qua từ các gen crtE và crtF ở phía trên. Các gen crtE và crtF mã hóa cho các enzyme cần thiết cho quá trình tổng hợp carotenoid và hoạt động như một operon. Hơn nữa, gen cấu trúc xa nhất của operon bchCA, bchA, chứa cả promotor chính được điều chỉnh bởi oxy (Ppuf1) và promotor không thay đổi (Ppuf2) cho operon puf. Vì ba operon này, crtEF, bchCA và puf, đều được phiên mã theo cùng một hướng, có vẻ như các polymerase di chuyển qua các vùng phía dưới có thể khởi đầu tại bất kỳ promotor nào trong số một số promotor. Mô hình phiên mã này, điều mà không phổ biến trong số các vi khuẩn, cho thấy rằng hoạt động của các operon riêng lẻ trong một cụm siêu operon có thể bị ảnh hưởng bởi vị trí của chúng trong cụm.

Từ khóa

#Rhodobacter capsulatus #bchCA operon #crtE #crtF #superoperon #quang hợp #bacteriochlorophyll #carotenoid

Tài liệu tham khảo

Adams CW, Forrest MJ, Cohen SN, Beatty TJ (1989) Structural and functional analysis of transcriptional control of the Rhodobacter capsulatus puf operon. J Bacteriol 171:473–482 Bauer CE, Marrs BL (1988) Rhodobacter capsulatus puf operon encodes a regulatory protein (PufQ) for bacteriochlorophyll biosynthesis. Proc Natl Acad Sci USA 85:7074–7078 Bauer CE, Young DA, Marrs BL (1988) Analysis of the Rhodobacter capsulatus puf operon. J Biol Chem 236:4820–4827 Biel AJ, Marrs BL (1983) Transcriptional regulation of several genes for bacteriochlorophyll biosynthesis in Rhodopseudomonas capsulata in response to oxygen. J Bacteriol 156:686–694 Bradford MM (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem 72:248–254 Brendel V, Trifonov EN (1984a) A computer algorithm for testing potential prokaryotic terminators. Nucleic Acids Res 12:4411–4427 Brendel V, Trifonov EN (1984b) CODATA Conference Proceedings, Jerusalem Crouse GF, Frischauf A, Lehrach H (1983) An integrated and simplified approach to cloning into plasmids and single-stranded phages. Methods Enzymol 101:78–89 Daldal F, Cheng S, Applebaum J, Davidson E, Prince RC (1986) Cytochrome c2 is not essential for photosynthetic growth of Rhodopseudomonas capsulata. Proc Natl Acad Sci USA 83:2012–2016 Davidson E, Daldal F (1987) Primary structure of the bc1 complex of Rhodopseudomonas capsulata: Nucleotide sequence of the pet operon encoding the Rieske cytochrome b and cytochrome c 1 apoproteins. J Mol Biol 195:13–24 Doub L, Vandenbelt J (1949) The ultraviolet absorption spectra of simple unsaturated compounds. II. m-and o-disubstituted benzene derivatives. J Am Chem Soc 71:2412–2420 Giuliano G, Pollock D, Stapp H, Scolnik PA (1988) A genetic-physical map of the Rhodobacter capsulatus carotenoid biosynthesis gene cluster. Mol Gen Genet 213:78–83 Gribskov M, Devereux J, Burgess RR (1984) The codon preference plot: graphic analysis of protein coding sequences and prediction of gene expression. Nucleic Acids Res 12:539–547 Hanahan D (1983) Studies on transformation of Escherichia coli with plasmids. J Mol Biol 166:557–580 Kiley PJ, Kaplan S (1988) Molecular genetics of photosynthetic membrane biosynthesis in Rhodobacter sphaeroides. Microbiol Rev 52:50–69 Maniatis T, Fritsch EF, Sambrook J (1982) Molecular cloning: A laboratory manual. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY Marrs B (1981) Mobilization of the genes for photosynthesis from Rhodopseudomonas capsulatus by a promiscuous plasmid. J Bacteriol 146:1003–1012 Maxam AM, Gilbert W (1980) Sequencing end labeled DNA with base-specific chemical cleavages. Methods Enzymol 65:499–560 Messing J (1983) New M13 vectors for cloning. Methods Enzymol 101:20–79 Miller JH (1972) Assay of β-galactosidase. In: Experiments in molecular genetics. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY, p 355 Minton NP (1984) Improved plasmid vectors for the isolation of translational lac gene fusions. Gene 31:269–273 Neidle EL, Shapiro MK, Ornston LN (1987) Cloning and expression in Escherichia coli of Acinetobacter calcoaceticus genes for benzoate degradation. J Bacteriol 169:5496–5503 Prentki P, Krisch HM (1984) In vitro insertional mutagenesis with a selectable DNA fragment. Gene 29:303–313 Rebeiz CA, Lascelles J (1982) Biosynthesis of pigments in plants and bacteria. In: Govindjee (ed) Photosynthesis: energy conversion by plants and bacteria, vol 1. Academic Press, New York, pp 699–780 Sanger F, Nicklens S, Coulsen AR (1977) DNA sequencing with chain-termination inhibitors. Proc Natl Acad Sci USA 74:5463–5467 Scolnik PA, Haselkorn R (1984) Activation of extra copies of genes coding for nitrogenase in Rhodopseudomonas capsulata. Nature 307:289–292 Scolnik PA, Walker MA, Marrs BL (1980a) Biosynthesis of carotenoids derived from neurosporene in Rhodopseudomonas capsulata. J Biol Chem 255:2427–2432 Scolnik PA, Zannoni D, Marrs BL (1980b) Spectral and functional comparisons between the carotenoids of the two antenna complexes of Rhodopseudomonas capsulata. Biochim Biophys Acta 593:230–240 Sistrom WR, Macalusa A, Pledger R (1984) Mutants of Rhodopseudomonas sphaeroides useful in genetic analysis. Arch Microbiol 138:161–165 Taylor DP, Cohen SN, Clark GW, Marrs BL (1983) Alignment of genetic and restriction maps of the photosynthesis region of the Rhodopseudomonas capsulata chromosome by a conjugation-mediated marker rescue technique. J Bacteriol 154:580–590 Weaver PF, Wall JD, Gest H (1975) Characterization of Rhodopseudomonas capsulata. Arch Microbiol 105:207–216 Wheelis ML (1975) The genetics of dissimilatory pathways in Pseudomonas. Annu Rev Microbiol 29:505–524 Yen HC, Marrs B (1976) Map of genes for carotenoid and bacteriochlorophyll biosynthesis in Rhodopseudomonas capsulata. J Bacteriol 126:619–629 Youvan DC, Ismail S (1985) Light harvesting II (B800–B850 complex) structural genes from Rhodopseudomonas capsulata. Proc Natl Acad Sci USA 82:58–62 Youvan DC, Marrs BL (1985) Photosynthetic apparatus genes from Rhodopseudomonas capsulata. In: Steinback KE, Bonitz S, Arntzen CJ, Bogorad L (eds) Molecular biology of the photosynthetic apparatus. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY, pp 173–181 Youvan DC, Bylina EJ, Alberti M, Begusch H, Hearst JE (1984a) Nucleotide and deduced polypeptide sequences of the photosynthetic reaction-center, B870 antenna, and flanking polypeptides from R. capsulata. Cell 37:949–957 Youvan DC, Alberti M, Begusch H, Bylina EJ, Hearst JE (1984b) Reaction center and light-harvesting I genes from Rhodopseudomonas capsulata. Proc Natl Acad Sci USA 81:189–192 Youvan DC, Ismail S, Bylina EJ (1985) Chromosomal deletion and plasmid complementation of the photosynthetic reaction center and light-harvesting genes from Rhodopseudomonas capsulata. Gene 38:19–30 Zsebo KM, Hearst JE (1984) Genetic-physical mapping of a phtosynthetic gene cluster from R. capsulata. Cell 37:937–947