窒素固定酵素遺伝子の多様性と微生物群構造：システム間比較

生物学的窒素固定は、生物圏における固定窒素の重要な供給源です。微生物は、進化を通じて高度に保存されてきた酵素窒素固定酵素を用いて生物学的窒素固定を触媒します。窒素固定酵素の構造遺伝子の一つであるnifHのクローニングと配列決定は、多様な陸上及び水中環境からの配列の大規模で急速に拡大するデータベースを提供しています。nifHの系統樹と栽培された微生物からのリボソームRNA系統樹を比較すると、横遺伝子移動の決定的な証拠はほとんど示されません。配列の多様性は、栽培代表による表現を遥かに上回ります。窒素固定酵素の系統樹には、リボソームRNA系統樹に基づく系統的グループ分けを表す枝が含まれていますが、非モリブデン及び非バニジウムを含む代替的な窒素固定酵素を含むパラログクレードも含まれています。環境から入手された代替または古細菌の窒素固定酵素配列はまだわずかです。nifHの系統型の分布に関する広範な分析は、白蟻の腸、堆積物と土壌環境、河口や塩湿地、そして栄養塩が乏しい海洋における窒素固定微生物の特有のパターンが存在することを示しています。環境中の窒素の可用性によって全てが決定されるわけではありませんが、窒素固定微生物の分布は非ランダムで、環境の特徴に基づいて予測可能です。遺伝子発現を測定し、ゲノム配置を調査する能力は、自然の窒素固定微生物集団を調査する新しいツールの約束を提供します。窒素固定酵素遺伝子の広範な分析は、環境における窒素固定の研究のための分子アッセイとバイオインフォマティクスアプローチの開発の基盤を提供します。