Diversity of regulatory mechanisms in the C/N metabolism of the marine cyanobacteria Prochlorococcus and synechococcus
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Author
Domínguez-Martín, María A.
Director/es
Díez, JesúsGarcía-Fernández, José Manuel
Publisher
Universidad de Córdoba, Servicio de PublicacionesDate
2015Subject
PicocianobacteriasOrganismos fotosintéticos
Prochlorococcus
Synechococcus
Ecosistema marino
Cianobacterias
Metabolismo del nitrógeno
Picocyanobacteria
Photosynthetic organisms
Marine ecosystem
Cyanobacteria
Nitrogen metabolism
METS:
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Marine picocyanobacteria are the most abundant photosynthetic organisms on
Earth, with only two genera, Prochlorococcus (Johnson et al., 2006, Olson et al.,
1990, Partensky et al., 1999) and Synechococcus (Scanlan, 2003, Scanlan & West,
2002) numerically dominating most oceanic waters. During this research project our
main goal was to study the diversity of the regulatory mechanisms in the C/N
metabolism of these cyanobacteria. Recent advances in the knowledge of nitrogen
metabolism of Prochlorococcus have shown that it has fine regulatory systems to
optimize nitrogen assimilation (Rocap et al., 2003, García-Fernández et al., 2004,
Lindell et al., 2002). Thus, we have studied the role of 2-oxoglutarate in the control of
the C/N balance in order to check whether there exist differences with respect to other
model cyanobacteria and among strains of Prochlorococcus. The comparative study
performed show that 2-oxoglutarate is the molecule responsible in Prochlorococcus
to control the balance between carbon and nitrogen metabolism and there are
differences among strains in sensing this metabolite. These results could be an
explanation for its adaptation to different ecological niches in the ocean. Besides, we
wanted to know how Synechococcus is able to successfully coexist with
Prochlorococcus. For that, the hypothesis was that Synechococcus could be more
efficient at the utilization of low concentration of nitrate. The results showed that
when concentrations of nitrate in the range of nanomolar are present, the genes related
with the assimilation of that source are up-regulated in Synechococcus WH7803.
Therefore, these facts suggest that the machinery is working at transcriptional level in
order to uptake the nitrate. This could be an evolutionary advantage against
Prochlorococcus in the real field. Las picocianobacterias marinas son los organismos fotosintéticos más
abundantes en la Tierra, con sólo dos géneros, Prochlorococcus (Johnson et al., 2006,
Olson et al., 1990, Partensky et al., 1999) y Synechococcus (Scanlan, 2003, Scanlan
& West, 2002) dominando la mayor parte de los océanos. El principal objetivo
durante este proyecto de investigación ha sido estudiar la diversidad de mecanismos
regulatorios del metabolismo del C/N en estas cianobacterias. Recientes avances en la
regulación del metabolismo del nitrógeno en Prochlorococcus muestran que tienen
una fina regulación para optimizar la asimilación del nitrógeno (Rocap et al., 2003,
García-Fernández & Diez, 2004, Lindell et al., 2002). Por lo tanto, hemos estudiado
el papel del 2-oxoglutarato en el control del balance C/N con el fin de comprobar si
existen diferencias con respecto a otras cianobacterias modelos, e incluso si estas
diferencias se encuentran entre estirpes. Lo resultados obtenidos del estudio
comparativo mostraron que el 2-oxoglutarato es la molécula responsable del control
del balance C/N en Prochlorococcus y que existen diferencias entre estirpes en la
detección de este metabolito. Esto pueden ser una explicación de la adaptación a
diferentes nichos ecológicos en el océano. Además, nosotros queríamos responder a la
pregunta de cómo Synechococcus es capaz de coexistir con éxito con
Prochlorococcus. Para ello, la hipótesis era que Synechococcus puede ser más eficaz
en la utilización de concentraciones bajas de nitrato. Los resultados mostraron que
cuando hay concentraciones de nitrato en el rango de nanomolar, se sobreexpresan los
genes relacionados con la asimilación de esta fuente en Synechococcus WH7803.
Estos hechos sugieren que hay una regulación a nivel transcripcional con el objetivo
de absorber el nitrato a concentraciones bajas. Esto podría ser una ventaja evolutiva
respecto a Prochlorococcus en los ecosistemas donde conviven.