沿岸株Synechococcus SP株PCC 7002の観点から、海洋シアノバクテリアにおける鉄摂取経路の多様性と進化

海洋シアノバクテリアは海洋一次生産の約半分に寄与し、そのバイオマスは、外洋の多くの地域で低鉄（FE）の生物学的利用能によって制限されています。海洋シアノバクテリアがFEの制限を克服するメカニズムは不明のままです。この研究では、Synechococcus sp。株PCC 7002。合計49の変異体が遺伝子ノックアウト法によって得られ、10の変異体は野生型（WT）と比較して成長率が大幅に低下することがわかった。TonB依存性輸送体などの活性Fe輸送経路やシデロフォアの合成と分泌に関連する遺伝子は、Synechococcus sp。PCC7002。この沿岸株のFe取り込み経路を他のオープンオーシャンシアノバクテリア株と比較することにより、異なるシアノバクテリアからのFE取り込み戦略は、生息地のFEバイオアベイラビリティと強い関係があると結論付けることができます。古代の海から現代の海への鉄環境の変化を伴うシアノバクテリア鉄の獲得戦略の進化と適応について説明します。この研究は、時間的および空間的尺度からのさまざまな生息地における海洋シアノバクテリアの多様な戦略に関する新しい洞察を提供します。重要性鉄（Fe）は、海洋の一次生産性の重要な制限要因です。地球上で最も古い光合成酸素発生生物であるシアノバクテリアは、特に乏栄養海洋で海洋一次生産性において重要な役割を果たします。彼らが長期的な進化プロセス中にFEの制限を克服する方法は完全には明らかにされていません。シアノバクテリアのFE摂取メカニズムは、淡水シアノバクテリアで部分的に研究されていますが、海洋シアノバクテリア種ではほとんど知られていません。この論文では、沿岸モデルのシアノバクテリウム、Synechococcus sp。PCC 7002が研究されました。さらに、FE取り込み戦略とシアノバクテリアの生息地のFE環境との関係は、海洋環境の変化に適応する海洋微生物の良いケースを提供する時間的および空間的尺度から明らかにされています。

Marine cyanobacteria contribute to approximately half of the ocean primary production, and their biomass is limited by low iron (Fe) bioavailability in many regions of the open seas. The mechanisms by which marine cyanobacteria overcome Fe limitation remain unclear. In this study, multiple Fe uptake pathways have been identified in a coastal strain of Synechococcus sp. strain PCC 7002. A total of 49 mutants were obtained by gene knockout methods, and 10 mutants were found to have significantly decreased growth rates compared to the wild type (WT). The genes related to active Fe transport pathways such as TonB-dependent transporters and the synthesis and secretion of siderophores are found to be essential for the adaptation of Fe limitation in Synechococcus sp. PCC 7002. By comparing the Fe uptake pathways of this coastal strain with other open-ocean cyanobacterial strains, it can be concluded that the Fe uptake strategies from different cyanobacteria have a strong relationship with the Fe bioavailability in their habitats. The evolution and adaptation of cyanobacterial iron acquisition strategies with the change of iron environments from ancient oceans to modern oceans are discussed. This study provides new insights into the diversified strategies of marine cyanobacteria in different habitats from temporal and spatial scales. IMPORTANCE Iron (Fe) is an important limiting factor of marine primary productivity. Cyanobacteria, the oldest photosynthetic oxygen-evolving organisms on the earth, play crucial roles in marine primary productivity, especially in the oligotrophic ocean. How they overcome Fe limitation during the long-term evolution process has not been fully revealed. Fe uptake mechanisms of cyanobacteria have been partially studied in freshwater cyanobacteria but are largely unknown in marine cyanobacterial species. In this paper, the characteristics of Fe uptake mechanisms in a coastal model cyanobacterium, Synechococcus sp. PCC 7002, were studied. Furthermore, the relationship between Fe uptake strategies and Fe environments of cyanobacterial habitats has been revealed from temporal and spatial scales, which provides a good case for marine microorganisms adapting to changes in the marine environment.