Uptake of molybdenum and vanadium by a nitrogen-fixing soil bacterium using siderophores

藤黄固氮菌 铁载体 固氮 固氮酶 氮气 氮气循环 化学 环境化学 细菌 无机化学 生物 生物化学 有机化学 基因 遗传学
作者
Jean‐Philippe Bellenger,Thomas Wichard,Adam B. Kustka,Anne M. L. Kraepiel
出处
期刊:Nature Geoscience [Springer Nature]
卷期号:1 (4): 243-246 被引量:159
标识
DOI:10.1038/ngeo161
摘要

Biological availability of molybdenum and vanadium is facilitated by siderophores that are produced by cultures of the bacterium Azotobacter vinelandii during the fixation of atmospheric nitrogen. This suggests that the production of strong binding compounds may be a widespread strategy for metal acquisition by bacteria and implies that the availability of molybdenum and vanadium may be critical for the nitrogen cycle of terrestrial ecosystems. Nitrogen fixation, the reaction that transforms atmospheric nitrogen into bioavailable ammonia and is responsible for the supply of nitrogen to Earth’s ecosystems, is mediated by the enzyme nitrogenase. This reaction requires molybdenum (Mo) or vanadium (V) in addition to iron (Fe) (refs 1, 2). Therefore, the availability of these trace metals may control the Earth’s nitrogen cycle3,4. Many bacteria release strong iron-binding compounds (siderophores) for iron acquisition5,6, but the effect of these compounds on Mo and V availability to nitrogen-fixing organisms is not well understood. Here, we show that the siderophores produced in cultures of Azotobacter vinelandii while fixing atmospheric nitrogen under limitation by Mo or V form strong complexes with molybdate and vanadate, and that these complexes are available for uptake. We also show that addition of these siderophores rapidly reverses the effect of other natural binding compounds that make Mo and V unavailable for uptake. Our results resolve the long-standing debate regarding the existence of bacterial ‘molybdophores’7,8,9, as well as the corollary question regarding ‘vanadophores’. We conclude that the production of strong binding compounds may be a widespread strategy for metal acquisition by bacteria, implying that the availability of Mo and V may be critical for the nitrogen cycle of terrestrial ecosystems.

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