ATCC 51142およびPCC 7822のプロテオーム分析培養条件下でのジアゾトロフィックシアノバクテリウムシアノテセSPのPCC 7822

シアノバクテリア属シアノテセ属の培養は、高レベルの生体水素を産生することが示されています。これらの株は二陽栄養栄養性であり、光暗帯サイクルでN（2）固定条件下で成長すると顕著な日中のサイクルを受けます。私たちは、タンパク質がこれらの日中の変化にどのように反応するかをよりよく理解しようとし、Cyanothece sp。の定量的プロテオーム分析を実行しました。株ATCC 51142およびPCC 7822は、8つの異なる栄養条件下で成長しました。ニトロゲナーゼの発現はn（2）の固定条件に限定されており、グリセロールがない場合、窒素酵素遺伝子の発現は暗い期間に関連していた。しかし、グリセロールは、シトクロムCオキシダーゼ（COX）、グリコーゲンホスホリラーゼ（GLP）、および解糖溶分解およびペントースリン酸経路（PPP）酵素とともに、光期間中のニトロゲナーゼの発現を誘導しました。これは、光におけるニトロゲナーゼの発現が、より高いレベルの呼吸とグリコーゲンの分解により促進されることを示しています。カルバンサイクルの重要な酵素は、H（2）産生条件下でグリセロールの存在下でシアノテケATCC 51142で阻害され、これらの炭素源間の競合を示唆しています。ただし、Cyanothece PCC 7822では、CalvinサイクルがH（2）生産中の補因子リサイクルに依然として役割を果たしました。我々のデータは、シアノテセPCC 7822のプロテオーム変化の最初の包括的なプロファイリングで構成され、両方の株のH（2）生成に影響を与える主要な生理学的および生化学的プロセスの詳細な比較分析を可能にします。我々の結果は、ニトロゲナーゼ活性や他の代謝経路で役割を果たす可能性のある多くの以前に特徴づけられていないタンパク質を明らかにし、大規模なH（2）産生の改善につながる遺伝子操作に適した標的を提供する可能性があります。

Cultures of the cyanobacterial genus Cyanothece have been shown to produce high levels of biohydrogen. These strains are diazotrophic and undergo pronounced diurnal cycles when grown under N(2)-fixing conditions in light-dark cycles. We seek to better understand the way in which proteins respond to these diurnal changes, and we performed quantitative proteome analysis of Cyanothece sp. strains ATCC 51142 and PCC 7822 grown under 8 different nutritional conditions. Nitrogenase expression was limited to N(2)-fixing conditions, and in the absence of glycerol, nitrogenase gene expression was linked to the dark period. However, glycerol induced expression of nitrogenase during part of the light period, together with cytochrome c oxidase (Cox), glycogen phosphorylase (Glp), and glycolytic and pentose phosphate pathway (PPP) enzymes. This indicated that nitrogenase expression in the light was facilitated via higher levels of respiration and glycogen breakdown. Key enzymes of the Calvin cycle were inhibited in Cyanothece ATCC 51142 in the presence of glycerol under H(2)-producing conditions, suggesting a competition between these sources of carbon. However, in Cyanothece PCC 7822, the Calvin cycle still played a role in cofactor recycling during H(2) production. Our data comprise the first comprehensive profiling of proteome changes in Cyanothece PCC 7822 and allow an in-depth comparative analysis of major physiological and biochemical processes that influence H(2) production in both strains. Our results revealed many previously uncharacterized proteins that may play a role in nitrogenase activity and in other metabolic pathways and may provide suitable targets for genetic manipulation that would lead to improvement of large-scale H(2) production.