Regulation and sequences of the light-responsive promoter of cyanobacterial ORF76 gene overlapping with the htpG terminator

Abstract

The E10 strong promoter-active fragment in pKG-E10, isolated previously by transcriptional gene fusion to the promoterless β-glucuronidase (GUS) reporter gene, responds to light intensity in Synechococcus PCC7942 but does not function in Escherichia coli. The GUS activity of Synechococcus harboring pKG-E10 increases about fourfold at high light induction. In this study, the E10 promoter was identified as the promoter of ORF76 gene, which encoded 76 amino acids of an unknown protein and was located in the same orientation and 107 bp downstream of the htpG gene. The processed transcription initiation site of ORF76 transcripts was located at position +39 with respect to the true transcription initiation site. The non- E. coli σ70- like basal promoter of ORF76 (-51 to -9) was controlled by three cis-acting elements: a positively acting element (-160 to -86), negative regulatory element (-86 to -51) and light-responsive element (-51 to +63) that, together, responded to high light induction at transcriptional level. The ORF76 gene also responded to a dark/light cycle, and to blue, green and red light. The lightresponsive element (-51 to +63) did not regulate the red light induction. The stem-loop structure (+1 to +44) was a signal for processing of 5' end of ORF76 and 3' end of htpG transcripts. The presence of both stem-loop structure terminator (-42 to -22) and the processing signal (+1 to +44) on the htpG transcript ensured efficient transcription termination. The ORF76 gene was expressed as a monocistronic transcript. The promoter regions of ORF76 gene overlapped with the coding sequence and 3' end termination signal of htpG gene. Cell growth and morphology of the homologous ORF76-inactivated strains were not significantly different from those of wild type strain. However, the homologous ORF76-inactivated strains could not compete for survival when grown with wild type strain

ชิ้นโปรโมเตอร์แข็งขัน E10 ใน pKG-E10 ได้ถูกคัดแยกไว้ก่อนแล้ว โดยเชื่อมในระดับ transcription กับยีนรายงาน β-glucuronidase (GUS) ที่ไม่มีโปรโมเตอร์ ชิ้นโปรโมเตอร์ E10 ตอบสนองต่อความเข้มแสงใน Synechococcus PCC7942 แต่ไม่สามารถทำงานได้ใน Escherichia coli ค่า GUS activity ของ Synechococcus ที่มี pKG-E10 เพิ่มสูงขึ้นประมาณสี่เท่าเมื่อถูกชักนำด้วยความเข้มแสงสูงในการศึกษานี้ โปรโมเตอร์ E10 ถูกบ่งชี้ว่าเป็นโปรโมเตอร์ของยีน ORF76 ซึ่งแปลรหัสได้กรดอะ มิโน 76 ตัว และเป็นโปรตีนที่ไม่ทราบหน้าที่ ยีน ORF76 ตั้งอยู่ทิศทางเดียวกันและอยู่ 107 bp downstream ของยีน htpG จุดที่ถูก process ของ ORF76 transcripts อยู่ที่ตำแหน่ง +39 โดยอ้างอิงกับจุดเริ่มต้นที่แท้จริงของ transcripts โปรโมเตอร์พื้นฐานของยีน ORF76 (-51 ถึง -9) ซึ่งไม่เหมือนกับโปรโมเตอร์ของ E. coli σ70 ถูกควบคุมโดย cis-acting elements สามชนิด ได้แก่ positively acting element (-160 ถึง -86), negative regulatory element (-86 ถึง -51) และ element ที่เกี่ยวกับการตอบสนองต่อแสง (-51 ถึง +63) โดยทั้งหมดร่วมกันตอบสนองต่อการชักนำด้วยความเข้มแสงสูงที่ระดับ transcription ยีน ORF76 ตอบสนองต่อวงจรมืด/สว่าง และต่อแสงสีน้ำเงิน สีเขียว และสีแดง ส่วนที่เกี่ยวกับการตอบสนองต่อแสง (-51 ถึง +63) ไม่ได้ควบคุมการถูกชักนำด้วยแสงสีแดง โครงสร้าง stem-loop (+1 ถึง +44) เป็นสัญญาณสำหรับ การ process ที่ 5' end ของ ORF76 transcripts และที่ 3' end ของ htpG transcripts การที่มีทั้ง stem-loop (-42 ถึง -22) ที่เป็น terminator และ stem-loop (+1 ถึง +44) ที่เป็นสัญญาณสำหรับการ process ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการ termination ของ htpG transcripts ยีน ORF76 แสดงออกเป็น monocistronic transcript โปรโมเตอร์ของยีน ORF76 ทับซ้อนกับ coding sequence และ 3' end termination signal ของยีน htpG การเจริญเติบโตและลักษณะเซลล์ของ homologous ORF76-inactivated strainsไม่ต่างกับ wild type อย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม homologous ORF76-inactivated strainsไม่สามารถแข่งขันเพื่อมีชีวิตรอดได้เมื่อถูกเลี้ยงร่วมกับ wild type