显微镜台下的4增长和代谢控制
念珠藻属的生理特征共生和独立生存的增长在表3中做了总结。在所有植物协会、念珠藻属伙伴增长明显慢于做独立生存的文化。这种增长控制的机械基础尚不清楚,但显然影响n . punctiforme的最基本的发展方向,营养细胞周期。虽然利率同化二氧化碳和NH4 +的沮丧(见下文),他们是如此的比例增长速度放缓。人会预测这样的行为在任何细菌,因为它与代谢通量平衡增长的要求。然而,没有明显的因果关系缓慢
表3。独立生存的念珠藻属的生理特征和a . punc-tatus生长状态有关(来自米克斯1990)
完整的细胞代谢系统/独立生存的状态体外enzymea共生状态
表3。独立生存的念珠藻属的生理特征和a . punc-tatus生长状态有关(来自米克斯1990)
完整的细胞代谢系统/独立生存的状态体外enzymea共生状态
活动 |
蛋白质 |
活动 |
蛋白质 |
|
增长 |
24 - 48小时之内 |
~ 240 h |
||
依赖光细胞二氧化碳 |
128.0个单位 |
15.0个单位 |
||
固定 |
||||
215.0个单位 |
52 | g |
25.0个单位 |
43 | g |
|
细胞铵 |
13.9个单位 |
2.9个单位 |
||
同化 |
||||
GS |
130.0个单位 |
7.1 ^ g |
50.0个单位 |
6.1 |克 |
6.3个单位 |
23.5个单位 |
”活动和单位。增长率是小时倍增时间。依赖光细胞二氧化碳的固定是14的同化二氧化碳在整个细胞,或孤立的共生殖民地,纠正黑公司,单位是nmol /分钟/毫克的蛋白质。二磷酸核酮糖羧化酶体外14 co2并入酸稳定材料和单位是nmol /分钟/毫克的蛋白质。细胞铵同化是纳入到所有13 nh4 +的非易失性细胞代谢物和大分子通过整个细胞,或孤立的共生殖民地,单位是13 n cpm合并/ 13 nh4 + cpm添加x 100(= %) / 5分钟/毫克的蛋白质。GS是生物合成的体外活性测定反应和单位是nmol /分钟/毫克的蛋白质。固氮酶是独立生存的或原位共生降低乙炔乙烯和单位是nmol /分钟/毫克的蛋白质。蛋白值报告| g /毫克细胞总蛋白质,由酶联immunosorbant测定
”活动和单位。增长率是小时倍增时间。依赖光细胞二氧化碳固定的14 CO2同化整个细胞,或孤立的共生殖民地,纠正黑公司,单位是nmol /分钟/毫克的蛋白质。二磷酸核酮糖羧化酶体外14 co2并入酸稳定材料和单位是nmol /分钟/毫克的蛋白质。细胞铵同化是纳入到所有13 nh4 +的非易失性细胞代谢物和大分子通过整个细胞,或孤立的共生殖民地,单位是13 n cpm合并/ 13 nh4 + cpm添加x 100(= %) / 5分钟/毫克的蛋白质。GS是生物合成的体外活性测定反应和单位是nmol /分钟/毫克的蛋白质。固氮酶是独立生存的或原位共生降低乙炔乙烯和单位是nmol /分钟/毫克的蛋白质。蛋白值报告| g /毫克细胞总蛋白质,由酶联immunosorbant测定生长和代谢的改变,尽管很少有代谢系统已经被直接生化检查分析。
两个形态变化伴随共生增长状态。首先,有一个三倍,甚至更多,更大的频率的异形细胞的细胞群。以下将阐述这一现象(IV.b节)。第二,营养细胞明显大于在独立生存的文化和丝状形成的外观是柔和的,作为殖民地的电子显微图中看到部分,以及在光学显微镜的样品检查(见1990米克斯,1998)。这种形态是非常让人想起aseriate生命周期的成长阶段许多念珠藻属的物种(Lazaroff 1973;Potts 2000)。基本来说,aseriate阶段结果从最初的形成一个连续的鞘在营养细胞异形细胞在每一个时间间隔。随着时间继续增加营养鞘内的细胞分裂,细胞链变得扭曲与线性丝状外观的丧失。总的来说,前面线性丝变成了一系列不同的球状细胞质量。这一阶段被认为是导致“punctiforme”macrocolony结构(Lazaroff 1973)。 Eventually the sheath disintegrates and filaments containing intercalary heterocysts are released. In many Nostoc strains, cultures may be held in the aseriate stage by green light, while exit is enhanced by red light leading tohormogonia形成(Lazaroff 1973)。念珠藻属的a .毛虫配子体叶状体不断暴露在主要绿灯不被植物吸收。不幸的是,因为aseriate阶段是一个阻碍实验操作,它往往选择在液体悬浮文化大多数念珠藻属的物种和仍然很少研究。然而,这些观察的含义是共生生长形态可能反映的另一个例子念珠藻属overexpressing表型特征,它通常表示土壤中除了植物伙伴。
或许最引人注目的共生念珠藻属生理变化是几乎完全丧失其独立的光合潜力和依赖的假设异养代谢。念珠藻属刚分开a毛虫体内拥有12%的独立生存的依赖光二氧化碳固定率和12%的体外二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(二磷酸核酮糖羧化酶,主要二氧化碳同化酶)具体活动(斯坦伯格和米克斯1989)。然而,二磷酸核酮糖羧化酶蛋白的量相当于在增长状态。的光化学反应没有被研究过,但大量的光合色素(藻胆蛋白和叶绿素)是相似的在增长。共生的异养潜力念珠藻属成立通过检查光和外生carbohydrate-dependent固氮酶活动协会念珠藻属突变体与野生型和抗除草剂(斯坦伯格和米克斯1991)。这些实验的结果证明念珠藻属可以直接提供不到30%的光合成生成还原剂所需最大固氮酶活动在短期内的基础上。然而,最大稳态固氮酶活性依赖于外源碳水化合物提供的毛虫。自从共生念珠藻属可以进行依赖光二氧化碳固定在原地,异养代谢的改变是最有可能不是因为光限制,而是植物发挥监管作用。光明与黑暗的利率carbohydrate-dependent共生固氮酶活性大约五倍高于独立生存的依赖光率。增强的光合速率增强的异形细胞相似的频率。然而,黑暗carbohydrate-dependent固氮酶活性通常只有20 - 30%的游离状态的依赖光率(吉布森和史密斯1982)。在共生念珠藻属异养代谢似乎大大增强。
NH4 +的同化是类似抑郁的念珠藻属共生增长国家大约15%的游离率(约瑟夫和米克斯1987)。谷氨酰胺合成酶(GS)、主NH4 +同化酶,只有约15%的体外特定活动作为独立生存的文化,虽然g蛋白的总量增长统计是一样的在这两个州。基于immunoelectronmicroscopic检查,Rai et al。(1989)认为共生异形细胞包含大约一半的GS抗原作为独立生存的异形胞。相反,有一个增强的共生固氮作用(表3),这表明一个戏剧性的解偶联之间的固定和同化。Dinitrogen-derived铵积累在a毛虫(米克斯et al . 1985),红萍(米克斯et al . 1987年)和Gunnera(西尔维斯特et al . 1996年)关联,与它的直接并入氨基酸在独立生存的文化(Wolk et al . 1976年)。NH4 +的池通常认为高速率的结果N2固定再加上低利率的NH4 +同化由于GS活性的限制。然而,之间的化学计量学固氮酶和GS不支持这样的因果关系在a各协会80%的固定氮积累在短期内为NH4 +(米克斯et al . 1985年)。计算共生原位固氮作用是每分钟12.5 nmol NH4 +生产每毫克的蛋白质,和GS的体外NH4 +消费率平均每分钟19.8 nmol /毫克蛋白在营养细胞和异形胞(米克斯2003)。结论缺乏因果关系假设易位N2-derived NH4 +的异形胞到邻近的植物细胞,将过多的GS,而不是通过独特的异形细胞信封共生腔;这种假设是一致的渗透率属性异形细胞信封(A.E. Walsby、个人通信)。因此,释放的机械基础N2-derived NH4 +是更复杂的比它首次出现。
感兴趣的是,某种形式的不可逆转的转译后的监管似乎操作二磷酸核酮糖羧化酶和GS念珠藻属的a .定义各共生增长状态。两种酶及其代谢途径似乎调制不同在其他植物协会1998年米克斯(总结)。共生体立即分开苏铁和Gunnera有70 - 100%的体外GS独立生存的文化活动和100%的体外二磷酸核酮糖羧化酶的活动,但没有显示依赖光体内二氧化碳固定。GS的活动是一致的证据表明苏铁植物的共生有机体释放瓜氨酸和其他氨基酸植物伙伴(脑袋et al . 1988年)。然而,它并不占Gunnera中释放NH4 +协会(西尔维斯特et al . 1996年)。这个明显的监管目标的多样性,和可能机制,有助于植物的合作伙伴发展不同的方式控制生长和新陈代谢的共生念珠藻属。基因差异表达的程度的念珠藻属的伴侣,而不是转译后的调制的活动,除了异形胞分化,这是为了支持共生生长在任何协会是未知的。
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