The effects of environmental factors on biomass and microcystin production by the freshwater cyanobacterial genera Microcystis and Anabaena

Several cyanobacterial genera produce the hepatotoxins, microcystins. Microcystins are produced only in cells that have microcystin synthetase gene (mcy) clusters, which encode enzyme complexes involved in microcystin biosynthesis. Microcystin-producing and nonmicrocystin-producing genotypes of single cyanobacterial genus may occur simultaneously in situ. Previously, the effects of environmental factors on the growth and microcystin production of cyanobacteria have mainly been studied by means of isolated cyanobacteria cultures in the laboratory. Studies in the field have been difficult, owing to the lack of methods to identify and quantify the different genotypes. In this study, genus-specific microcystin synthetase E (mcyE) gene primers were designed and a method to identify and quantify the mcyE copy numbers was developed and used in situ. Microcystis and Anabaena mcyE genes were observed in two Finnish lakes. Microcystis appeared to be the most abundant microcystin producer in Lake Tuusulanjärvi and in one basin of Lake Hiidenvesi. Because the most potent microcystin-producing genus of a lake can be identified, it will be possible in the future to design genus-targeted strategies for lake restoration. Effects of P and N concentrations on the biomass of microcystin-producing and nonmicrocystin-producing Microcystis strains and an Anabaena strain were studied in cultures. P and N concentrations and their combined effect increased cyanobacterial biomass of all Microcystis strains. The biomass of microcystin-producing Microcystis was higher than that of nonmicrocystin-producing strains at high nutrient concentrations. The P concentration increased Anabaena biomass, but the effect of N concentration was statistically insignificant for growth yield, probably due to the ability of the genus to fix molecular N2. P and N concentrations and combined nutrients caused an increase in cellular microcystin concentrations of the Microcystis strain cultivated in chemostat cultures. Cyanobacteria are able to hydrolyse nutrients from organic matter through extracellular enzyme activities. Leucine aminopeptidase (LAP) activity was observed in an axenic N2-fixing Anabaena strain grown in batch cultures. The P concentration caused a statistically significant increase in LAP activity, whereas the effect of N concentration was insignificant. The highest LAP activities were observed in the most eutrophic basins of Lake Hiidenvesi. LAP activity probably originated mostly from attached heterotrophic bacteria and less from cyanobacteria.

Genetic diversity and microcystin production by Anabaena in the Gulf of Finland, Baltic Sea

Syanobakteerit (sinilevät) ovat olleet Itämeressä koko nykymuotoisen Itämeren ajan, sillä paleolimnologiset todisteet niiden olemassaolosta Itämeren alueella ovat noin 7000 vuoden takaa. Syanobakteerien massaesiintymät eli kukinnat ovat kuitenkin sekä levinneet laajemmille alueille että tulleet voimakkaimmiksi viimeisten vuosikymmenien aikana. Tähän on osasyynä ihmisten aiheuttama kuormitus, joka rehevöittää Itämerta. Suomenlahti, jota tämä tutkimus käsittelee, on kärsinyt tästä rehevöitymiskehityksestä muita Itämeren altaita enemmän. Syanobakteerit muodostavat jokakesäisiä kukintoja Suomenlahdella - niin sen avomerialueilla kuin rannoillakin. Yleisimmät kukintoja muodostavat syanobakteerisuvut ovat Nodularia, Anabaena ja Aphanizomenon. Kukinnat aiheuttavat paitsi esteettistä haittaa myös terveydellisen riskitekijän. Niiden myrkyllisyys liitetään usein Nodularia-suvun tuottamaan nodulariini-maksamyrkkyyn. Itämeren Aphanizomenon-suvun on todettu olevan myrkytön. Vaikka Itämeren kukintoja aiheuttavista Nodularia- ja Aphanizomenon-syanobakteereista tiedetään varsin paljon, on molekyylimenetelmiin pohjautuva syanobakteeritutkimus ohittanut Itämeren Anabaena-suvun monelta osin. Tämän työn tarkoituksena oli syventää käsitystämme Itämeren Anabaena-syanobakteerista, sen mahdollisesta myrkyllisyydestä, geneettisestä monimuotoisuudesta ja fylogeneettisista sukulaisuussuhteista. Tässä työssä eristettiin 49 planktista Anabaena-kantaa, joista viisi tuottivat mikrokystiinejä. Tämä oli ensimmäinen yksiselitteinen todiste, että Itämeren Anabaena tuottaa maksamyrkyllisiä mikrokystiini-yhdisteitä. Jokainen eristetty myrkyllinen Anabaena-kanta tuotti useita mikrokystiini-variantteja. Lisäksi mikrokystiinejä löydettiin kukintanäytteistä, joissa oli myrkkyä syntetisoivia geenejä sisältäneitä Anabaena-syanobakteereita. Myrkkyjä löydettiin molempina tutkimusvuosina 2003 ja 2004. Myrkkyjen esiintyminen ei siten ollut vain yksittäinen ilmiö. Tässä työssä saimme viitteitä siitä, että maksamyrkyllinen Anabaena-syanobakteeri esiintyisi vähäsuolaisissa vesissä. Tämä riippuvuussuhde jää kuitenkin tulevien tutkimuksien selvitettäväksi. Tässä työssä havaittiin mikrokystiinisyntetaasi-geenien inaktivoituminen Itämeren Anabaena-kannassa ja kukintanäytteissä. Kuvasimme Anabaena-kannan mikrokystiinisyntetaasigeenien sisältä insertioita, jotka hyvin todennäköisesti inaktivoivat myrkyntuoton. Insertion sisältäneeltä kannalta löysimme kuitenkin kaikki mikrokystiinisyntetaasigeenit osoittaen, että geenien olemassaolo ei välttämättä varmista kannan mikrokystiinintuottoa. Mielenkiintoista oli se, että inaktivaation aiheuttavia insertioita löytyi kukintanäytteistä molemmilta tutkimusvuosilta. Vastaavia insertioita ei kuitenkaan löydetty makean veden Anabaena-kannoista tai järvinäytteistä. On yleistä, että syanobakteerikukinnoista löytyy usean syanobakteerisuvun edustajia. Myrkyllisiä sukuja tai lajeja ei voida kuitenkaan erottaa mikroskooppisesti myrkyttömistä. Käsillä olevassa tutkimuksessa kehitettiin molekyylimenetelmä, jolla on mahdollista määrittää kukinnan mahdollisesti maksamyrkylliset syanobakteerisuvut. Tätä menetelmää sovellettiin Itämeren kukintojen tutkimiseen. Itämeren pintavesistä ja ranta-alueiden pohjasta eristetyt Anabaena-kannat osoittautuivat geneettisesti monimuotoisiksi. Tämä Anabaena-syanobakteerien geneettinen monimuotoisuus vahvistettiin monistamalla geenejä suoraan kukintanäytteistä ilman kantojen eristystä. Makeiden vesien ja Itämeren Anabaena-kannat ovat geneettisesti hyvin samankaltaisia. Geneettisissä vertailuissa kävi kuitenkin ilmi, että pohjassa elävien Anabaena-kantojen geneettinen monimuotoisuus oli suurempaa kuin pintavesistä eristettyjen kantojen. Itämeren Anabaena-kantojen sekvenssit muodostivat omia ryhmiä sukupuun sisällä, jolloin on mahdollista, että nämä edustavat Itämeren omia Anabaena-ekotyyppejä. Tämä tutkimus oli ensimmäinen, jossa uusin molekyylimenetelmin systemaattisesti selvitettiin Itämeren Anabaena-syanobakteerin geneettistä populaatiorakennetta, fylogeniaa ja myrkyntuottoa. Tulevaisuudessa monitorointitutkimuksissa on otettava huomioon myös Itämeren Anabaena-syanobakteerin mahdollinen maksamyrkyntuotto – erityisesti vähäsuolaisemmilla rannikkovesillä.

Cyclic nucleotide binding and structural changes in the isolated GAF domain of Anabaena adenylyl cyclase, CyaB2

GAF domains are a large family of regulatory domains, and a subset are found associated with enzymes involved in cyclic nucleotide (cNMP) metabolism such as adenylyl cyclases and phosphodiesterases. CyaB2, an adenylyl cyclase from Anabaena, contains two GAF domains in tandem at the N-terminus and an adenylyl cyclase domain at the C-terminus. Cyclic AMP, but not cGMP, binding to the GAF domains of CyaB2 increases the activity of the cyclase domain leading to enhanced synthesis of cAMP. Here we show that the isolated GAFb domain of CyaB2 can bind both cAMP and cGMP, and enhanced specificity for cAMP is observed only when both the GAFa and the GAFb domains are present in tandem(GAFab domain). In silico docking and mutational analysis identified distinct residues important for interaction with either cAMP or cGMP in the GAFb domain. Structural changes associated with ligand binding to the GAF domains could not be detected by bioluminescence resonance energy transfer (BRET) experiments. However, amide hydrogen-deuterium exchange mass spectrometry (HDXMS) experiments provided insights into the structural basis for cAMP-induced allosteric regulation of the GAF domains, and differences in the changes induced by cAMP and cGMP binding to the GAF domain. Thus, our findings could allow the development of molecules that modulate the allosteric regulation by GAF domains present in pharmacologically relevant proteins.

Functional expression and purification of Anabaena PCC 7120 XisA protein

Anabaena PCC 7120 xisA gene product mediates the site-specific excision of 11,278 bp nifD element in heterocysts formed under nitrogen starvation conditions. Although XisA protein possesses both site-specific recombinase and endonuclease activities, till date neither xisA transcript nor XisA protein has been detected. Gene encoding XisA protein was isolated from plasmid pMX25 and overexpressed in Escherichia coli BL21 DE3 yielding 7.7 mg enzyme per L of growth culture in soluble fraction. His-tagged XisA was purified using Ni-NTA affinity chromatography with 95% recovery. The purified XisA showed a single band on SDS-PAGE with molecular mass of 52 kDa. Identity of XisA was confirmed by MALDI-TOF analysis and functionality of enzyme was confirmed using restriction digestion. A PCR based method was developed to monitor excision by XisA, which displayed near 100% activity in E. coli within 1 h at 37 degrees C on LB under static condition. (C) 2015 Elsevier Inc. All rights reserved.

Anabaena circinalis Rabenhorst and A.flos aquae Brebisson, ex Bornet et Flahault. [Translation from: Flora Slodkowodna Polski 2, 499-504, 1966. ]

A description of the cyanobacteriae Anabaena circinalis Rabenhorst and Anabaena flos aquae Brebisson, ex Bornet et Flanault is given. Illustrations are included.

Zn~(2+)浓度对固氮鱼腥藻(Anabaena azotica Ley)光能转化特性的影响

本实验对在不同Zn2+浓度条件下培养的固氮鱼腥藻(Anabaena azoticaLey)的生长、光合放氧速率和叶绿素荧光参数Fv/Fm进行了测定.结果表明,当Zn2+浓度为1.0μmol/L时,其比生长速率(Specific growth rate)最大,光合放氧速率和Fv/Fm值最高.当Zn2+浓度大于等于5.0μmol/L时会抑制A.azotica Ley的生长和光合作用.对在0μmol/L和5.0μmol/L Zn2+浓度下生长的藻细胞藻胆体-类囊体膜复合物吸收光谱的比较和对与5.0μmol/L

鱼腥藻Anabaena PCC7120原生质球和液泡的同步诱导

国家自然科学基金资助项目( 39870 0 83)

蓝藻Anabaena sp.PCC7120 羧体碳酸酐酶的鉴定

在丝状蓝藻Anabaena sp.PCC7120细胞粗提液的碳酸酐酶(CA)分析中,发现了两种形式的CA活性.高CO_2下生长的细胞,在35μmol/L EZ(Ethoxyzolamide,碳酸酐酶的抑制剂)存在的情况下,CA总活性的85％左右被抑制,其半抑制浓度I_(50)为7.4μmol/L;随着EZ浓度的继续增加,CA活性在EZ浓度达到约150μmol/L处出现了第二个抑制峰,在250μmol/L处抑制程度达到最大,使CA总活性的15％被抑制,其半抑制浓度I_(50)为190μmol/L。在空气条件

鱼腥藻（Anabaena sp．）营养成分分析

研究分析了混合鱼腥藻粉的营养成分，结果表明混合鱼腥藻粉蛋白质含量为４０．５％；氨基酸组成符合联合国粮农卫生组织（ＦＡＯ／ＷＨＯ）规定的标准；并含有较丰富的糖类、脂肪酸、无机元素和色素。证实了鱼腥藻可以作为蛋白饲料资源开发和利用。

固氮蓝藻Anabaena sp.7120的叶绿素蛋白复合体的分离和光谱特性的研究

用光合膜片增溶和SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳方法,从固氮蓝藻Anabaena sp.7120分离到7条色素带。迁移率较慢的五条叶绿素蛋白复合体带,具有相同的吸收光谱和室温荧光光谱特性。它们的红区最大吸收峰在676nm;蓝区最大吸收峰在438nm。它们的室温荧光发射最高峰在672—673nm;在710,732和740nm都有小峰。这些是CPⅠ叶绿素所特有的。我们认为这5条带都是属于光系统Ⅰ的叶绿素蛋白复合体。另一条迁移率稍快的叶绿素蛋白复合体带为CPⅡ。它的红区最大吸收峰在672nm;蓝区最大吸收峰在436n

纯化柱胞鱼腥藻(Anabaena cylindrca)固氮酶组份(铁蛋白)的厌氧制备电泳法

<正> 各种固氮生物的固氮酶对氧都很敏感,无论是制备固氮酶的组份Ⅰ(钼铁蛋白)或组份Ⅱ(铁蛋白),也无论采取什么方法(如DEAE-纤维素层析法、硫酸鱼精朊沉淀法、胶滤、制备凝胶电泳等等)都必需在严格厌氧条件下进行,铁蛋白对氧更加敏感,因此要获得较纯而又具活力的铁蛋白,其分离、纯化过程既要严格厌氧又要迅速。到目前为止,仅红螺菌(Rhodospirillum rubrum)和棕色