Zeitschrift für mikrobielle und biochemische Technologie

Abstrakt

Einfluss des Cyanophycin-Stoffwechsels im rekombinanten Sinorhizobium (Ensifer) meliloti 1021 auf die Symbiose mit Alfalfa ( Medicago sativa )

Yasser Abd-El-Karem, Rudolf Reichelt, Martin Krehenbrink und Alexander Steinbüchel1

Ziel dieser Studie war es, den Einfluss der Synthese und des Abbaus des stickstoffreichen Polymers Cyanophycin in Rhizobien auf die symbiotische Stickstofffixierung und den Ernteertrag in Leguminosen zu untersuchen. Hierzu wurde die Cyanophycinsynthetase aus Anabaena sp. PCC7120 in den Bacteroiden des Symbionten S. meliloti 1021 entweder allein oder zusammen mit einer intrazellulären Cyanophycinase aus demselben Bakterium, entweder im Wildtyp oder in einer polyhydroxybutyratnegativen (PHB-) Mutante, exprimiert und der Effekt auf das Wachstum von Luzerne-Wirtspflanzen untersucht. Alle Stämme induzierten die Bildung von stickstofffixierenden Knöllchen im Wirt, es waren jedoch deutliche Unterschiede in verschiedenen Parametern erkennbar. Alfalfa-Pflanzen, die mit dem Wildtyp infiziert waren, der nur Cyanophycin-Synthetase exprimierte, zeigten deutlich niedrigere Stickstoffgehalte im Spross und höhere Stickstofffixierungsraten als mit dem Wildtyp inokulierte Pflanzen, aber der Wildtyp-Phänotyp wurde bei S. meliloti 1021 übertroffen, das neben Cyanophycinase auch Cyanophycinase exprimierte. Das Wachstum von Pflanzen, die mit dem PHB-Mutanten infiziert waren, der nur Cyanophycin-Synthetase exprimierte, war im Vergleich zum Wachstum von Pflanzen, die mit dem PHB-Mutanten infiziert waren, der beide oder keines der beiden Proteine ​​exprimierte, stark beeinträchtigt. Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahmen von Abschnitten von Knötchen, die durch den Wildtyp S. meliloti 1021 erzeugt wurden, der Cyanophycin-Synthetase und Cyanophycinase produziert, zeigten, dass das raue endoplasmatische Retikulum und die Golgi-Membranen im Vergleich zu den durch den Wildtyp, den PHB-Mutanten oder alle anderen rekombinanten S. meliloti-Stämme erzeugten Knötchen weiter ausgedehnt waren, was auf höhere Stoffwechselaktivitäten in diesen Knötchen hindeutet.