The total size of the pF AR1, a genomic clone of Frankia FaCI, was estimated to be about 44Kb by summation of the individual fragment length generated by single or double restriction enzymes. Southern hybridization analyses with Azotobacter vinelandii nif-genes as probes and partial sequencing analyses of the subclones revealed that organization of the nif-gene in the FaCI strain was nifV, H, D, K, E, N, X, W, B. The organization of the structural genes for nitrogenase is the same in this Frankia strain as it is in most other nitrogen-fixing prokaryotes but the positioning of the nifV-like gene relative to the nifHDK cluster differs. A consensus nif-promoter-like sequence, found at 5' of nifH, was not detected upstream of the niJV-like gene. nifV-like gene contained a ORF of 1206 NT encoding 401 amino acids. The nucleotide sequence and deduced amino acid sequence of the gene exhibit homology value of 65% and 41% with that from A vinelandii, respectively. The putative Shine-Dargamo sequences were present preceding nitK, nifH, D, K, and nifE, and in nitK gene putative start codon GTG was detected instead of A TG. The nucleotide and amino acid sequence of niIK of FaCI showed 82% and 76% homolgy with those of Frankia HFPCc 13, respectively. Amino acid sequence of niIK showed 69% and 61% homology with those of A vinelandii, Klebsiella pnewnoniae, respectively, while that of nifE 73% and 71%, respecti vely.i vely.
Enterobacter agglomerans의 질소고정유전자에 대한 연구가 보고된 바가 없으므로 이 질소고정유전자의 특성을 연구할 목적으로 국내 논의 흙에서 분리한 질소고정활성을 갖는 E. agglomerans NFB-264의 질소고정유전자를 cloning 하였다. E. agglomerans NFB-264의 total DNA를 Hind III로 절단하여 부분적으로 pBR 322에 연결하여 Escherichia coli K060에 도입한 후 negative selection 및 colony hybridization 방법으로 형질전환미생물을 선별하였다. 형질전환미생물로부터 recombinant plasmid인 pNEL10과 pNES20을 얻었다. pNEL 10은 nif Q-X probe DNA와 hybridization 되는 12Mdal의 삽입외래 DNA를 함유하였으며, pNES20은 nif NE와 nif YK probe DNA와 hybridization 되는 5 Mdal의 외래 DNA가 삽입되어 있었다.
To find out the growth conditions for the maximum activity of nitrogenase which catalyzes nitrogen fixation in Rhodobacter sphaeroides, the promoter activities of nifA and nifH were analyzed and the results indicated that expression of both nifA and nifH was increased in response to deprivation of both O2 concentration and nitrogen source. The nifA mutant was constructed by deleting the gene to investigate the effect of NifA, the transcriptional regulator, on the nifH and nifA expression in R. sphaeroides. Analysis of expression of nif genes using the nifA::lacZ and nifH::lacZ fusions in the nifA mutant revealed that NifA acts as a positive activator for nifH and an autoregulator in its own expression. The promoter activities of nifA and nifH in the prrA mutant grown under anaerobic and ${NH_4}^+$-free conditions were derepressed, comparing with those of the wild-type grown under the same conditions, indicating that the prrA product acts as a positive regulator in expression of nifA and nifH.
Nitrogen fixation (nif) genes of Rhizobium leguminosarum were transferred to nif Klebsiella pneumoniae and E. coli by conjugation after partial heat induction of $RP_4$ :: Mu cts in Rhizobium $R^+$ transconjugant, and the hybrid plasmids in the transconjugant strains were isolated and characterized. In order to transfer the nif genes from Rhizobium, the hybrid plasmid $RP_4$ :: Mu cts was transferred by conjugation from E. coil to the symbiotic nitrogen fixer, R. leguminosarum. After stabillity test, the $RP_4$ :: Mu cts in Rhixobium $R^+$ transconjugant was subjected to partial heat induction by culturing it statically at $38^{\circ}C$ for 16 hours, and then conjugated with the nif defective mutant strains of K. pneumoniae or nif mutant strains of E. coli having whole nif gene plasmid. Recombinant strains of K. pneumoniae, which could grow in a N-free medium and exhibit the nitrogenase activity were selected. However, in the case of E. coli, they could grow well in a NA medium containing antibiotices, but hardly frow in a N-free medium. The hybrid plasmids in these transconjugal strains were isolated by gel electrophoresis and compared their molecular sizes.
물오리나무의 뿌리혹에서 분기한 Frankia sp. SNU 014201 공생균주의 게놈내에 13.5 kb의 EcoRI, 18.0 kb 의 BamHI, 10.5 kb의 Bg/II, 4.5 kb의 KpnI 절편에 nif-H, D 유전자가 존재함을 확인하였다. 람다 파아지 EMBI3-BamHI arm을 사용하여 제조한 genomic library 에서 nif유전자를 포함하고 있는 14개의 재조합 파아지 클론을 선별하였다. 이들 중 Ahnif-12번 클론은 nif 유전자를 포함하고 있는 18kb 의 삽입 DNA 를 가지고 있었으며, 이중 7.9 kb 의 BamHI 절편내에 nif-H. D. K가 3.6kb 의 HindIII/KpnI 절편내에 nif D 의 일부와 H 가 위치하고 있었다. 따라서 이등 절편을 각각 subcloning 하고 제한효소 지도를 작성한 결과, Frankia sp. SNU 01420의 nif-H. D. K 유전자는 6.5 kb 의 Hind III/Bam HI 절편과 5.2 kb Sal/IBamHI 절편내에 연속 배열하고 있다.
해녀콩 뿌리혹의 질소고정 공생균인 Rhizobium sp. SNU003 균주의 게놈내 7.9 kb 의 EcoRI, 6.5kb 의 SalI, 7.3 kb 의 HindIII 와 4.4 kb 의 PstI 절편에 nifHD 가 존재함을 확인하였다. 람다파아지 EMBL3-BamHI arm 을 사용하여 genomic library 를 제조하였으며 이로부터 nif-유전자를 포함하고 있는 9개의 재조합 파아지 클론을 선별하였다. 이들 중 15.3 kb 의 삽입 DNA 를 가지고 있는 Rnif-6 클론은 7.6 kb 의 BamHI/SacI 절편에 nifHD 가 위치하고 있었다. 따라서 이절편을 pUC19 에 sub cloning 하고 제한효소 지도를 작성한 결과 Rhizobium sp. SNU003 의 nifH 와 nifD 는 4.5 kb 의 BamHI/BglII 절편에 연속배열하고 있다.
한국산 Klebsiella pnelµnoniae KNFl의 chromosomal DNA를 Hind III로 부분소화하고 pBR 322도 같은 효소로 완전소화했다. 소화된 pBR 322 의 5'- 말단연산기를 제거하여 두 DNA 표품을 ligation 한 후 E. coli K060 으로 transformation 하 였다. 이러한 transformants중 N-free 한천배지에서 자라는 단일 colony을을 얻었으며, 이들은 모두 ampicillin에 대해 저 항성을 가지고 있었고 tetracycline에 대해 저항성이 없었으며 cunng 되였을 때는 질소고정능을 잃었다. 이런 사실로부터 이 transformants가 K. pneumoniae의 질소고정능 유전자을 포함하는 recombinant plasmid를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 이들 transformants의 nitrogenase 역가는 K. pneumoniae KNF 1보다 더 높았다.
Rodobacter sphaeroides에서 orf282 유전자는 cbb3 terminal oxidase를 암호화하는 ccoNOQP 오페론과 혐기적 활성자인 FnrL을 암호화하는 fnrL 유전자 사이에 있으며, 아직은 기능이 잘 알려지지 않았다. orf282 유전자의 기능을 알기 위해 우리는 orf282의 일부를 삭제함으로써 유전자를 붕괴시켜 orf282-minus mutant를 제조하였다. 두개의 FnrL 결합 부위가 orf282의 upstream에 존재한다는 것이 밝혀져 있으며, orf282 유전자가 FnrL에 의해 양성적으로 조절된다는 것이 증명되었다. orf282 유전자는 B875와 B800-850 spectral complexes의 형성과 관련이 없다. orf282 mutant에서의 cbb3 oxidase 활성을 wild type와 비교해보면 orf282 유전자가 ccoNOQP 오페론의 조절과 cbb3 cytochrome c oxidase의 생합성과 무관하다는 것을 알 수 있다. orf282 mutant의 구조 유전자인 nifH와 조절유전자인 nifA의 프로모터 활성이 증가한 것은 orf282 유전자 산물이 nifH와 nifA의 발현에서 음성적 effector로 작용한다는 것을 시사한다.
국내 논의 흙으로부터 벼과식물에 관련된 질소 고정 미생물을 238주 분리하여 비교적 활성이 높은 4주의 질소고정활성 미생물을 선별하여 이중 3주는 K. pneumoniae, 1주는 E. agglomerans로 동정하였다. NFB3, NFB264, NFB278의 3주는 1.7-84Mdal. 의 plasmid들을 가지고 있었으나 이들 plasmid에 질소고정유전자 단편을 함유하고 있지는 않았다. 선별미생물의 chromosomal DNA상에 존지하는 질소고정 유전자는 K. pneumoniae M5al의 질소고정유전자와 homology를 나타냈으며, 이들의 질소고정유전자는 K. pneumoniae M5al의 질소고정유전자와 제한효소 절단부위가 상이하였다.
한국식물학회 1987년도 식물생명공학 심포지움 논문집 Proceedings of Symposia on Plant Biotechnology
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pp.81-101
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1987
In an attempt to revies the informations about genes involved in symbiotic nitrogen fixation, developmental processes in which host plant interact with microbe during nodule formation were introduced first. The structure, function and regulation of the genes discussed were mainly about microbial genes; those involved in the process of nodule formation (nod-genes) and of nitrogen fixation (nif-genes). Informations about the host genes involved in the symbiosis were discussed briefly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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