When ptsG, a glucose-specific phosphotransferase system (PTS) component, is deleted in Escherichia coli, growth can be severely poor because of the lack of efficient glucose transport. We discovered a new PTS transport system that could transport glucose through the growth-coupled experimental evolution of ptsG-deficient E. coli C strain under anaerobic conditions. Genome sequencing revealed mutations in agaR, which encodes a repressor of N-acetylgalactosamine (Aga) PTS expression in evolved progeny strains. RT-qPCR analysis showed that the expression of Aga PTS gene increased because of the loss-of-function of agaR. We confirmed the efficient Aga PTS-mediated glucose uptake by genetic complementation and anaerobic fermentation. We discussed the discovery of new glucose transporter in terms of different genetic backgrounds of E. coli strains, and the relationship between the pattern of mixed-acids fermentation and glucose transport rate.
The phosphoenolpyruvate-dependent carbohydrate phosphotransferase system (PTS) is responsible for the simultaneous transfer and phosphorylation of various carbon sources in Escherichia coli. The ptsG gene encoding the enzyme $IICB^{Glc}$, the membrane component of the glucose-specific PTS, is repressed by Mlc and activated by the CRP cAMP complex; various other factors, such as Fis, FruR, and ArcA, are also known to be involved in ptsG regulation. Thus, in an attempt to discover a novel gene affecting the regulation of ptsG, a mutant with a decreased ptsG transcription in the presence of glucose compared with the wild-type strain was screened using transposon random mutagenesis. The mutant was found to have a transposon insertion in yhjV, a putative gene encoding a transporter protein whose function is yet unknown.
Kim, Soon-Young;Kwon, Hyuk-Ran;Shin, Dong-Woo;Ryu, Sang-Ryeol
Applied Biological Chemistry
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v.42
no.4
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pp.293-297
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1999
The pts operon, which encodes several factors in the phosphoenolpyruvate:carbohydrate phosphotransferase system (PTS) of Escherichia coli, has multiple promoters which respond to different signals to facilitate quick adaptation to changes in growth conditions. The influence of an 1 kbp DNA region upstream of the pts P0 promoter on pts expression was studied in vitro by employing the DNA templates containing both P0 and P1 promoter with or without the 1 kbp upstream DNA region for in vitro transcription assay. The 1 kbp DNA region upstream of the pts P0 promoter, however, had no effect on pts transcription in vitro. The intracellular concentration of cAMP was measured when cells were grown in the presence of glucose, mannose, or mannitol. The transcription of P0 was increased maximally in the presence of glucose even though the concentration of cAMP in the condition was lowest while the transcription from the P1b was highest when cells were grown in the presence of mannose or mannitol even though the intracellular concentration of cAMP was lower than cells grown in the absence of the sugar. These results suggest the possibility of the existence of a glucose inducible repressor specific for the P0 promoter and a second repressor that is inducible by glucose, mannose and mannitol specific for the P1 promoter.
The nitrogen phosphotransferase (PTS) system is a regulatory cascade present in most Proteobacteria, where it controls different functions. The nitrogen PTS is usually composed of $EI^{Ntr}$ (encoded by the ptsP gene), NPr (encoded by the ptsO gene), and $EIIA^{Ntr}$ (encoded by the ptsN gene). While $EIIA^{Ntr}$ plays a role in a variety of cellular processes, such as potassium homeostasis, regulation of ppGpp accumulation, nitrogen and carbon metabolisms, and regulation of ABC transporters, little information is available for a physiological role of NPr. A recent study showed that dephosphorylated NPr affects adaptation to envelope stresses in Escherichia coli. In this study, we provide another phenotype related to NPr. The ptsP mutant showed a filamentation phenotype. The filamentation phenotype of the ptsP mutant was recovered by additional deletion of the ptsO gene, but not by additional deletion of the ptsN gene, suggesting that an increased level of dephosphorylated NPr in the ptsP mutant renders cells the filamentous growth. This idea was confirmed by the fact that cells with increased levels of dephosphorylated NPr shows the filamentation phenotype. Additionally, we showed that cell size of E. coli increases with incremental dephosphorylated NPr concentrations. These results suggested that dephosphorylated NPr induces morphological change of E. coli.
A Brevibacterium lactofermentum gene coding for a glucose-specific permease of the phosphoenolpyruvate-dependent phosphotransferase system (PTS) was cloned, by complementing an Escherichia coli mutation affecting a ptsG gene with the B. lactofermentum genomic library, and completely sequenced. The gene was identified as a ptsG, which enables an E. coli transformant to transport non-metabolizable glucose analogue 2-deoxyglucose (2DG). The ptsG gene of B. lactofermentum consists of an open reading frame of 2,025 nucleotides encoding a polypeptide of 674 amino acid residues and a TAA stop codon. The 3' flanking region contains two stem-loop structures which may be involved in transcriptional termination. The deduced amino acid sequence of the B. lactofermentum enzyme $II^{GIe}$ specific to glucose ($EII^{GIe}$) has a high homology with the Corynebacterium glutamicum enzyme $II^{Man}$ specific to glucose and mannose ($EII^{Man}$), and the Brevibacterium ammoniagenes enzyme $II^{GIc}$ specific to glucose ($EII^{GIc}$). The 171-amino-acid C-terminal sequence of the $EII^{Glc}$ is also similar to the Escherichia coli enzyme $IIA^{GIc}$ specific to glucose ($IIA^{GIc}$). It is interesting that the arrangement of the structural domains, IIBCA, of the B. lactofermentum $EII^{GIc}$ protein is identical to that of EIIs specific to sucrose or $\beta$-glucoside. Several in vivo complementation studies indicated that the B. lactofermentum $EII^{Glc}$ protein could replace both $EII^{ Glc}$ and $EIIA^{Glc}$ in an E. coli ptsG mutant or crr mutant, respectively.
The gene for mannose enzyme II of phosphoenolpyruvate-dependent phosphotransferase system from Corynebacterium glutamicum KCTC 1445 was cloned into Escherichia coli ZSC113 using plasmid pBR 322. The recombinant plasmid, designated pCTS3, contained 2.2 kb DNA fragment, and the physical map of the cloned DNA fragment was determined. The E. coli ptsM ptsG mutant transformed with pCTS3 restored glucose and mannose fermentation ability, and grew well on these sugars as the sole carbon source in the minimal medium. The transform ant harboring pCTS3 showed a PTS-mediated repression of growth on maltose by mannose analogue, 2-deoxyglucose. The specificity of the response to 2DG therefore indicates that the cloned DNA fragment carries mannose enzyme II gene.
A Brevibacterium ammoniagenes gene coding for glucose/mannose-specific enzyme II ($EII^{Glc}$) of the phosphoenolpyruvate-dependent phosphotransferase system (PTS) was cloned by complementing an Escherichia coli mutation affecting a ptsG gene, and the complete DNA nucleotide sequence was determined. The cloned gene was identified to be a ptsG, which enables the E. coli transportment to use glucose more efficiently than mannose as the sole carbon source in an M9 minimal medium. The ptsG gene of B. ammoniagenes consists of an open reading frame of 1,983 nucleotides putatively encoding a polypeptide of 661 amino acid residues and a TAA stop codon. The deduced amino acid sequence of the B. ammoniagenes $EII^{Glc}$ shows, at $46\%$, the highest degree of sequence similarity with the Corynebacterium glutamicum EII specific for both glucose and mannose. In addition, the $EII^{Glc}$ shares approximately $30\%$ sequence similarities with sucrose-specific and ${\beta}$-glucoside-specific EIIs of the several bacteria belonging to the glucose-PTS class. The 161-amino-acid C-terminal sequence of $EII^{Glc}$ is also similar to that of E. coli enzyme $IIA^{Glc}$, specific for glucose ($EIIA^{Glc}$). The B. ammoniagenes $EII^{Glc}$ consists of three domains; a hydrophobic region (EIIC) and two hydrophilic regions (EIIA, EIIB). The arrangement of structural domains, IIBCA, of the $EII^{Glc}$ is identical to those of EIIs specific for sucrose or ${\beta}$-glucoside. While the domain IIA was removed from the B. ammoniagenes $EII^{Glc}$ the remaining domains IIBC were found to restore the glucose and mannose-utilizing capacity of E. coli mutant lacking $EII^{Glc}$ activity with $EIIA^{Glc}$ of the E. coli mutant. $EII^{Glc}$ contains a histidine residue and a cysteine residue which are putative phosphorylation sites for the protein.
Although widely used as a host for recombinant protein production, Escherichia coli is unsuitable for massive screening of recombinant clones, owing to its poor secretion of proteins. A vector system containing T4 holin and T7 lysozyme genes under the control of the ptsG promoter derivative that is inducible in the absence of glucose was developed for programmed cell lysis of E. coli. Because E. coli harboring the vector grows well in the presence of glucose, but is lysed upon glucose exhaustion, the activity of the foreign gene expressed in E. coli can be monitored easily without an additional step for cell disruption after the foreign gene is expressed sufficiently with an appropriate concentration of glucose. The effectiveness of the vector was demonstrated by efficient screening of the amylase gene from a Bacillus subtilis genomic library. This vector system is expected to provide a more efficient and economic screening of bioactive products from DNA libraries in large quantities.
School of Food Biotechnology, W0050ng University, San 7-6, Jayang~dong. Dong-ku1 Taejon 300-100, Korea - The nucleotide sequence of approximately 2.4 kb immediately adjacent to ptsG gene coding for the glucose permease of Brevibacterium ammoniagenes was detennined. A putative open reading frame (ORP) of 1.467 nucleotides encoding a polypeptide of 489 amino acid residues and a TAA stop codon was identified. The deduced amino acid sequence of the ORF product has a high homology with the 30S ribosomal protein S 1 of Mycohacteriwn tuberculosis (83 % ). M leprae (74%), Streptomyces coelicola (77%), and Escherichia coli (40%). suggesting that the predicted product of ORF is a ribosomal protein S 1. The ORF is located at a distance of 266 nucleotides upstream from ptsC gene with a same translational direction.
A Brevibacterium flavum gene coding for glucose permease of the phosphoenolpyruvate-dependent phosphotransferase system (PTS) was cloned by complementing the Escherichia coli ZSCl13 mutations affecting a ptsG gene with the B. flavum genomic library. From the E. coli clone grown as red colony on a MacConkey plate supplemented with glucose as an additional carbon source, a recombinant plasmid was isolated and named pBFT93. The plasmid pBFT93 was identified as carrying a 3.6-kb fragment of B. flavum chromosomal DNA which enables the E. coli transformant to use glucose or man nose as a sole carbon source in an M9 minimal medium. The non-metabolizable sugar analogues, 2-deoxy-D-glucose (2-DG) and methyl-$\alpha$-D-glucopyranoside (MeGlc) affected the growth of ZSCl13 cells carrying the plasmid pBFT93 on minimal medium supplemented with non-PTS carbohydrate, glycerol, as a sole cabon source, while the analogues did not repress the growth of ZSCl13 cells without pBFT93. It was also found that both $2-deoxy-D-[U-^{14}C]glucose{\;}and{\;}methyl-{\alpha}-D-[U-^{14}C]glucopyranoside$ could be effectively transported into ZSCl13 cells transformed with plasmid pBFT93. Several in vivo complementation studies suggested that the B. flavum DNA in pBFT93 encodes a glucose permease specific for glucose and mannose.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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