The Hybrid Histidine Kinase HrmK Is an Early-Acting Factor in the Hormogonium Gene Regulatory Network
The Hybrid Histidine Kinase HrmK Is an Early-Acting Factor in the Hormogonium Gene Regulatory Network
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混合组氨酸激酶 HrmK 是激素基因调控网络中的早期作用因子
DOI：
10.1128/jb.00675-19
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发表时间：
2020
影响因子：
3.2
通讯作者：
Risser, Douglas D.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zuniga, Esthefani G.;Figueroa, Natalie M.;Gonzalez, Alfonso;Pantoja, Adriana P.;Risser, Douglas D.
属于分类学亚组 IV 和 V 的丝状异形蓝藻是发育复杂的多细胞生物，能够区分一系列细胞和丝状类型，包括运动性激素。激素表现出滑翔运动，有利于分散、趋光性和固氮共生体的建立。控制激素发育的基因调控网络（GRN）涉及分层西格玛因子级联，但控制该级联激活的因素目前尚未确定。在这里，我们使用正向遗传方法，鉴定了hrmK，这是一种编码假定的杂合组氨酸激酶的基因，该激酶在西格玛因子级联的上游发挥作用。 hrmK 的缺失产生了不能运动的丝，无法显示激素形态或积累激素特异性蛋白质或多糖。使用逆转录定量 PCR (RT-qPCR) 进行的靶向转录分析表明，在缺少 hrmK 的情况下，sigma 因子级联内部和外部的激素特异性基因都会大幅下调，并且 hrmK 可能会通过 sigJandsigC 受到间接、积极的自动调节。 HrmK 的直系同源物普遍存在于形成异形胞的蓝细菌中，并且是其所独有的。总的来说，这些结果表明，hrmK 在 sigma 因子级联上游发挥作用，启动激素发育，可能是通过调节未知蛋白质的磷酸化状态来启动激素发育，该蛋白质可能作为形成异形蓝藻中激素发育的主要调节因子。重要性丝状蓝细菌形态复杂，有几个代表性物种适合常规遗传操作，使它们成为发育研究的优秀模型生物。此外，两种发育替代品，即固氮杂胞和运动性激素，对于与植物伙伴建立固氮共生关系至关重要。这些共生体是全球氮循环不可或缺的一部分，可以用农作物人工重建，作为生物肥料，但为了实现这一目标，可能有必要对激素和异型胞基因调控网络进行详细的了解和操作。在这里，使用模式生物发菜，我们鉴定了一种以前未表征的杂合组氨酸激酶，该激酶仅限于形成异形胞的蓝细菌，是已知最早的激素发育参与者。
Filamentous, heterocyst-forming cyanobacteria belonging to taxonomic subsections IV and V are developmentally complex multicellular organisms capable of differentiating an array of cell and filament types, including motile hormogonia. Hormogonia exhibit gliding motility that facilitates dispersal, phototaxis, and the establishment of nitrogen-fixing symbioses. The gene regulatory network (GRN) governing hormogonium development involves a hierarchical sigma factor cascade, but the factors governing the activation of this cascade are currently undefined. Here, using a forward genetic approach, we identifiedhrmK, a gene encoding a putative hybrid histidine kinase that functions upstream of the sigma factor cascade. The deletion ofhrmKproduced nonmotile filaments that failed to display hormogonium morphology or accumulate hormogonium-specific proteins or polysaccharide. Targeted transcriptional analyses using reverse transcription-quantitative PCR (RT-qPCR) demonstrated that hormogonium-specific genes both within and outside the sigma factor cascade are drastically downregulated in the absence ofhrmKand thathrmKmay be subject to indirect, positive autoregulation viasigJandsigC. Orthologs of HrmK are ubiquitous among, and exclusive to, heterocyst-forming cyanobacteria. Collectively, these results indicate thathrmKfunctions upstream of the sigma factor cascade to initiate hormogonium development, likely by modulating the phosphorylation state of an unknown protein that may serve as the master regulator of hormogonium development in heterocyst-forming cyanobacteria.IMPORTANCEFilamentous cyanobacteria are morphologically complex, with several representative species amenable to routine genetic manipulation, making them excellent model organisms for the study of development. Furthermore, two of the developmental alternatives, nitrogen-fixing heterocysts and motile hormogonia, are essential to establish nitrogen-fixing symbioses with plant partners. These symbioses are integral to global nitrogen cycles and could be artificially recreated with crop plants to serve as biofertilizers, but to achieve this goal, detailed understanding and manipulation of the hormogonium and heterocyst gene regulatory networks may be necessary. Here, using the model organism Nostoc punctiforme, we identify a previously uncharacterized hybrid histidine kinase that is confined to heterocyst-forming cyanobacteria as the earliest known participant in hormogonium development.
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DOI：
10.1007/0-306-48005-0
发表时间：
2002
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
A. N. Rai;B. Bergman;U. Rasmussen
通讯作者：
A. N. Rai;B. Bergman;U. Rasmussen
蓝藻发菜和苔藓植物 Anhoceros punctatus 之间功能共生的建立需要参与氮控制和异形囊分化启动的基因。
影响因子：
1.5
作者：
Francis C. Y. Wong;J. Meeks
通讯作者：
J. Meeks
DOI：
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发表时间：
--
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
K. Livak;Thomas D. Schmittgen
通讯作者：
K. Livak;Thomas D. Schmittgen
影响因子：
3.2
作者：
Khayatan, Behzad;Bains, Divleen K.;Risser, Douglas D.
通讯作者：
Risser, Douglas D.
影响因子：
3.6
作者：
Risser, Douglas D.;Meeks, John C.
通讯作者：
Meeks, John C.