Analysis of a Heterocyst-controlling Gene and Its Expression upon Nitrogen Starvation in a Cyanobacterium

남조류의 이형세포 조절 유전자와 질소량에 따른 유전자 발현의 분석

The filamentous cyanobacterium Anabaena is capable of both photosynthesis and nitrogen fixation which probably facilitated its incredible adaptation and proliferation in freshwater environments. A small gene, patS, was found to block nitrogen fixing cells from developing which resulted in death of Anabaena in the absence of combined nitrogen sources. We analyzed the DNA sequences in the vicinity of the patS gene by using a codon usage program and detected no codon bias other than the patS open reading frame. Three overlapping cosmids that contain the patS gene were identified, and the presence of other known heterocyst-controlling genes was examined. The patS expression in response to nitrogen starvation was analyzed at the level of transcription and translation by using Northern blot analyses and lacZ-reporter-gene fusion experiments, respectively. The patS expression increased rapidly (within 12 hours) upon the removal of combined nitrogen from the media.

선형의 남조류 아나베나는 광합성과 질소고정 능이 있으며, 이는 아마도 이 남조류가 각종 육수 환경에 잘 적응하는데 큰 역할을 했다고 볼 수 있다. 작은 patS라는 유전자는 질소 고정세포의 형성을 막으며 결과적으로 질소원이 부족한 환경에서 아나베나의 죽음을 가져온다. 본 연구는 patS 유전자 주변의 DNA 염기 서열을 분석하여 codon 활용도를 알아 본 결과 patS를 제외한 다른 유전자가 존재하지 않음을 밝혔다. patS를 포함하는 세 개의 겹치는 cosmid를 찾아서 기존의 알려진 이형세포 발달 유전자를 탐색하였으나 나타나지 않았다. 질소원의 결핍에 반응하는 patS 유전자의 발현을 Northern blot 분석과 lacZ reporter 유전자 합성 실험을 통하여 각각 전사와 번역의 단계에서 알아보았다. patS 유전자의 발현은 배지로부터 질소원이 제거된 후 12시간 내에 급격히 증가하는 것으로 나타났다.