Heterologous expression in <i>E. coli</i> reveals the bicarbonate transporter BicA2 drives carbon uptake in marine <i>Prochlorococcus</i> spp

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides mechanistic insight into cyanobacterial CCMs, informing models of global carbon cycling and potential biotechnological applications for carbon capture.

抽象 広く分布する海洋性シアノバクテリアであるProchlorococcus属は、地球規模の炭素固定に主要な貢献を果たしているが、この系統が光合成の基質として細胞内無機炭素を上昇させる機構は未解明のままである。シアノバクテリアのCO 2 濃縮機構は、典型的には膜結合型重炭酸（HCO - ）輸送体SbtA1、SbtA2、BicAおよびBCT1、ならびにCO 2 からHCO 3 - への変換取り込み系（CO 2 ポンプ；NDH-I 3 およびNDH-I 4 ）に依存して、Rubisco含有カルボキシソームが利用する細胞内HCO 3 - プールを上昇させる。証拠は、Prochlorococcusが低CO 2 特異性Rubiscoを持つカルボキシソームを保有し、活性なHCO 3 - 取り込みに依存する機能的なCCMを示唆している。しかし、標準的なCO 2 ポンプは存在せず、遠縁のHCO - 輸送体ホモログであるBicA2およびSbtA2が、このグループにおけるHCO 3 - 輸送の最有力候補として残されている。しかし、これらは機能的に特徴付けられていない。ここで我々は、P. marinus CCMP1375由来のBicA2が大腸菌においてNa + 依存性のHCO 3 - 取り込みを媒介する一方、P. marinus CCMP1986由来のBicA2は天然型では不活性であるが、適応的実験室進化の過程で単一アミノ酸置換を通じて輸送機能を獲得したことを実証する。これらの知見は、BicA2が可変フラックスを持つ低親和性のNa + 依存性重炭酸輸送体であることを確認し、Prochlorococcusにおけるこれまで特徴付けられていなかったCCM構成要素を明らかにする。この機構的洞察は、地球上で最も豊富な光合成生物における炭素獲得戦略の理解を再構築し、輸送体機能における進化的可塑性を浮き彫りにし、地球規模の生物地球化学的循環への影響を示唆する。ハイライト 本研究は、Prochlorococcusにおける重炭酸輸送の最初の機構的証拠を提供し、そのCO 2 濃縮機構構成要素における機能的および進化的柔軟性を明らかにし、最も豊富な海洋性光合成独立栄養生物における炭素獲得の理解を再構築する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Abstract The widespread oceanic cyanobacterial Prochlorococcus genus is a major contributor to global carbon fixation, yet mechanisms enabling this lineage to elevate intracellular inorganic carbon as a substrate for photosynthesis remain unresolved. Cyanobacterial CO 2 concentrating mechanisms typically rely on membrane-bound bicarbonate (HCO - ) transporters SbtA1, SbtA2, BicA and BCT1, and CO 2 -to-HCO 3 - conversion uptake systems (CO 2 pumps; NDH-I 3 and NDH-I 4 ), to elevate a cellular HCO 3 - pool for use by Rubisco-containing carboxysomes. Evidence suggests Prochlorococcus harbours carboxysomes with a low-CO 2 -specificity Rubisco, implying a functional CCM dependent on active HCO 3 - uptake. However, canonical CO 2 pumps are absent, leaving distant HCO - transporter homologues, BicA2 and SbtA2, as prime candidates for HCO 3 - transport in this group. Yet these have not been functionally characterised. Here we demonstrate that BicA2 from P. marinus CCMP1375 mediates Na + -dependent HCO 3 - uptake in E. coli , while BicA2 from P. marinus CCMP1986 is inactive in its native form but acquired transport function through a single amino acid substitution during adaptive laboratory evolution. These findings confirm BicA2 as a low-affinity, Na + -dependent bicarbonate transporter with variable flux, revealing a previously uncharacterized CCM component in Prochlorococcus . This mechanistic insight reshapes our understanding of carbon acquisition strategies in the most abundant photosynthetic organism on Earth and highlights evolutionary plasticity in transporter function with implications for global biogeochemical cycles. Highlight This study provides the first mechanistic evidence of bicarbonate transport in Prochlorococcus , revealing functional and evolutionary flexibility in its CO 2 -concentrating mechanism components and reshaping our understanding of carbon acquisition in the most abundant marine photoautotroph.

• openalex https://doi.org/10.64898/2026.05.23.727450first seen 2026-06-17 05:52:41 · last seen 2026-06-17 07:14:14