A haem-sequestering plant peptide promotes iron uptake in symbiotic bacteria

根瘤菌 固氮酶 生物化学 截形苜蓿 草木犀根瘤菌 细菌 氨基酸 共生 化学 生物 固氮 中华根瘤菌属 遗传学
作者
Siva Sankari,Vignesh M. P. Babu,Ke Bian,Areej Alhhazmi,Mary C. Andorfer,Dante Avalos,Tyler A Smith,Kwan Yoon,Catherine L. Drennan,Michael B. Yaffe,Sebastian Lourido,Graham C. Walker
出处
期刊:Nature microbiology 卷期号:7 (9): 1453-1465 被引量:30
标识
DOI:10.1038/s41564-022-01192-y
摘要

Symbiotic partnerships with rhizobial bacteria enable legumes to grow without nitrogen fertilizer because rhizobia convert atmospheric nitrogen gas into ammonia via nitrogenase. After Sinorhizobium meliloti penetrate the root nodules that they have elicited in Medicago truncatula, the plant produces a family of about 700 nodule cysteine-rich (NCR) peptides that guide the differentiation of endocytosed bacteria into nitrogen-fixing bacteroids. The sequences of the NCR peptides are related to the defensin class of antimicrobial peptides, but have been adapted to play symbiotic roles. Using a variety of spectroscopic, biophysical and biochemical techniques, we show here that the most extensively characterized NCR peptide, 24 amino acid NCR247, binds haem with nanomolar affinity. Bound haem molecules and their iron are initially made biologically inaccessible through the formation of hexamers (6 haem/6 NCR247) and then higher-order complexes. We present evidence that NCR247 is crucial for effective nitrogen-fixing symbiosis. We propose that by sequestering haem and its bound iron, NCR247 creates a physiological state of haem deprivation. This in turn induces an iron-starvation response in rhizobia that results in iron import, which itself is required for nitrogenase activity. Using the same methods as for L-NCR247, we show that the D-enantiomer of NCR247 can bind and sequester haem in an equivalent manner. The special abilities of NCR247 and its D-enantiomer to sequester haem suggest a broad range of potential applications related to human health.
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