Metabolic control of nitrogen fixation in rhizobium-legume symbioses.
Metabolic control of nitrogen fixation in rhizobium-legume symbioses.
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DOI：
10.1126/sciadv.abh2433
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发表时间：
2021-07
期刊：
影响因子：
13.6
通讯作者：
Poole PS
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Schulte CCM;Borah K;Wheatley RM;Terpolilli JJ;Saalbach G;Crang N;de Groot DH;Ratcliffe RG;Kruger NJ;Papachristodoulou A;Poole PS
在根瘤菌-豆科植物共生体中，二羧酸盐在低氧下的催化作用驱动固氮并促进氨分泌。根瘤菌诱导豆科植物根上的根瘤形成并分化成类细菌，类细菌分解代谢植物来源的二羧酸盐以将大气中的N2还原成氨。尽管这种共生在农业上很重要，但控制类杆菌中碳和氮分配并促进植物氨分泌的机制在很大程度上是未知的。使用来自基因组规模的数据集的代谢模型，我们表明，碳聚合物的合成和丙氨酸分泌类杆菌促进微好氧结节的氧化还原平衡。与糖相比，二羧酸盐的催化不仅诱导更高的需氧量，而且诱导更高的NADH/NAD+比率。建模和13 C代谢通量分析表明，氧限制限制三羧酸循环的脱羧臂，这限制了氨同化成谷氨酸。豆科植物通过严格控制氧气供应和提供二羧酸盐作为固氮的能量和电子源供体，促进类细菌的氨分泌。这是根瘤菌-豆科植物共生的一个决定性特征。
Catabolism of dicarboxylates at low oxygen drives N2 fixation and promotes ammonia secretion in rhizobium-legume symbioses. Rhizobia induce nodule formation on legume roots and differentiate into bacteroids, which catabolize plant-derived dicarboxylates to reduce atmospheric N2 into ammonia. Despite the agricultural importance of this symbiosis, the mechanisms that govern carbon and nitrogen allocation in bacteroids and promote ammonia secretion to the plant are largely unknown. Using a metabolic model derived from genome-scale datasets, we show that carbon polymer synthesis and alanine secretion by bacteroids facilitate redox balance in microaerobic nodules. Catabolism of dicarboxylates induces not only a higher oxygen demand but also a higher NADH/NAD+ ratio than sugars. Modeling and 13C metabolic flux analysis indicate that oxygen limitation restricts the decarboxylating arm of the tricarboxylic acid cycle, which limits ammonia assimilation into glutamate. By tightly controlling oxygen supply and providing dicarboxylates as the energy and electron source donors for N2 fixation, legumes promote ammonia secretion by bacteroids. This is a defining feature of rhizobium-legume symbioses.
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影响因子：
4.3
作者：
Damiani C;Colombo R;Gaglio D;Mastroianni F;Pescini D;Westerhoff HV;Mauri G;Vanoni M;Alberghina L
通讯作者：
Alberghina L
影响因子：
4.5
作者：
diCenzo GC;Benedict AB;Fondi M;Walker GC;Finan TM;Mengoni A;Griffitts JS
通讯作者：
Griffitts JS
DOI：
10.1016/j.patter.2020.100177
发表时间：
2021-01-08
期刊：
Patterns (New York, N.Y.)
影响因子：
--
作者：
Clement TJ;Baalhuis EB;Teusink B;Bruggeman FJ;Planqué R;de Groot DH
通讯作者：
de Groot DH
影响因子：
5.4
作者：
Feist, Adam M.;Palsson, Bernhard O.
通讯作者：
Palsson, Bernhard O.
影响因子：
4.3
作者：
Aite, Meaziane;Chevallier, Marie;Siegel, Anne
通讯作者：
Siegel, Anne