A c c l ima t iono ftheg loba lt ran s c r ip tomeo f thecyanoba c te r iumSyne cho co c cu ssp . s t ra inPCC7002tonu t r ien t l im i ta t ion s anda l te rna t i veni t rogens ou r ce s Au tho r s: M .Ludw ig&D .A .B ryan t Th i sDo cumen ti sP ro te c tedb ycop y r igh tandwa sf i r s tpub l i shedb yF ron t ie r s .A l lr igh t s re se r ved .I ti srep rodu cedw i thpe rm i s s ion :“Th i si sthef ina lve r s iono fre co rdo fana r t i c letha t o r ig ina l l y appea r edinF ron t ie r sIn M i c rob io log yinAp r i l2012 . ” Ludw ig ,M .andB r yan t ,D .A .2012 .A c c l ima t iono ftheg loba lt ran sc r ip tomeo fthe c yanoba c te r iumS yne cho co c cu ssp .s t ra inPCC7002tonu t r ien tl im i ta t ion sanda l te rna t i ve n i t rogensou r ce s .F ron t .M i c rob io .3 :145 . h t tp : / /d x .do i .o rg /10 .3389 / fm i cb .2012 .00145 Madeava i lab leth roughMon tanaS ta teUn i ve rs i t y ’ sS cho la rWo r ks s cho la rw o rks .mon tana .edu OR IG INAL RESEARCH ART ICLE pub l ished :1 1Ap r i l20 12 do i :1 0 .3389 / fm icb .20 12 .00 145 Acc l ima t iono ftheg loba lt ran s c r ip tomeo fthe cyanobac te r iumSynecho co c cu ssp .s t ra inPCC7002to nu t r ien tl im i ta t ionsandd i f fe ren tn i t rogensou r ce s Ma r cu sLudw igandDona ldA .B ryan t* Dep a r tmen to fB io chem i s t ryand Mo le cu l a rB io log y ,ThePenn s y l v an i aS ta teUn i ve r s i ty ,Un i ve r s i tyP a r k ,PA ,USA Ed i tedby : M a r t inG .K lo t z ,Un i ve r s i tyo fNo r th C a ro l in aa tCh a r lo t te ,USA Rev iewedby : J a son W a r renCoo le y ,Un i ve r s i tyo f M i s sou r i ,USA E l i z abe thK a r r ,Un i ve r s i tyo f O k l ahom a ,USA *Co r re sponden ce : Don a ldA .B ry an t ,Dep a r tmen to f B io chem i s t ryand Mo le cu l a rB io log y , ThePenn s y l v an i aS ta teUn i ve r s i ty , Un i ve r s i tyP a r k ,1 08A l thou se L abo r a to ry ,PA16802 ,USA . e -m a i l :d ab14@p su .edu Theun ice l lu la r ,eu ryh a l inec y anob a c te r iumS yne cho co c cu ssp .s t r a inPCC7002 i sa mode l o rgan ismfo r labo ra to ry -b a seds tud ie so fc y anob a c te r i a l me tabo l i smand i sapo ten t ia lp la t fo rmfo rb io techno log i c a lapp l i c a t ion s .Twoo f i t s mo s tno tab lep rope r t ie sa re i t se x cep t iona l to le ranceo fh igh l igh tin ten s i tyandve ryr ap idg row thunde rop t im a lcond i t ions .Inth is s tudy ,t ransc r ip t ionp rofi l ingb yRNA seqh a sbeenu sedtope r fo rmanin teg r a teds tudyo f g loba lchangesint r an s c r ip tle ve l since l l ssub je c tedtol im i ta t ionfo rthe m a jo rnu t r ien ts CO2,n i t rogen ,su l f a te ,pho sph a te ,andi ron .T r an s c r ip t ion a lp a t te rn sfo rce l l sg rownon n i t ra te ,ammon ia ,andu re a we rea l sos tud ied .Nu t r ien t l im i ta t ionc au seds t rongdec reases o ft ransc r ip tle ve lso fthegene sen cod ing m a jo r me tabo l i cp a thw a y s ,e spe c i a l l yfo rcom ponen tso fthepho to s yn the t i capp a r a tu s ,CO2 fi x a t ion ,andp ro te inb io s yn the s i s . Up take mechan ismsfo rthere spe c t i venu t r ien t s we res t rong l yup regu l a ted .Thet r an s c r ip t ionda ta fu r the rsugges ttha tm a jo rch ange s inthecompo s i t iono ftheNADHdeh yd rogenasecom p le xoccu ruponnu t r ien tl im i ta t ion .T r an s c r ip t sfo rfl a vop ro te in sin c re a seds t rong ly when CO2 w asl im i t ing . Gene sin vo l vedinp ro te c t ionf romo x id a t i ves t re s sgene r a l l yshowed h igh ,cons t i tu t ivet r an s c r ip tle ve l s , wh i chpo s s ib l ye xp l a in stheh igh l igh tto le r an ceo fth is o rgan ism .Thet rans c r ip tome so fce l l sg rown w i thammon i ao ru re aa sn i t rogensou rce showedinc reasedt r an s c r ip tle ve l sfo rcomponen t so ftheCO2 fi x a t ion m a ch ine rycom pa redtoce l lsg rown w i thn i t r a te ,bu t ingene r a lt r an s c r ip t iond i f fe ren ce s ince l l sg rownon d i f fe ren tN -sou rcese xh ib i tedsu rp r i s ing l ym ino rd i f fe ren ce s . Keywo rd s :cyanoba c te r ia ,t ran s c r ip t ionp rofi l ing ,RNA seq ,n i t rogensou r ce ,nu t r ien tl im i ta t ion ,pho to syn the s i s IN TRODUC T ION S yn e ch o c o c cu ssp .s t r a inPCC7 0 0 2(h e r e a f t e rS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2 ) , aeu r yh a l in e ,un i c e l lu l a rc y anob a c t e r ium ,i sc ap ab l eo fg row th o v e raw id er an g eo fN aC lcon c en t r a t ion s ,andi se x t r em e l yto l e r an to fh i gh l i gh tin t en s i t i e s( B a t t e r tonandV anB a a l en ,1 9 7 1; N omu r ae ta l . ,2 0 0 6b) . Wh en g rown und e r op t im a lcond i t ion s[ 3 8 ˚C ,1%( v / v ) CO na i r ,a ts a tu r a t in gl i gh tin t en s i t y , 2i −1]w ∼2 5 0μmo lpho ton sm−2s i thar edu c edn i t ro g ensou r c eo r n i t r a t e ,i t sdoub l in gt im e so f2 . 6and4h ,r e sp e c t i v e l y ,a r eth e sho r t e s tcu r r en t l yr epo r t edfo ran yc y anob a c t e r ium( a l thou gh twoc lo s e l yr e l a t eds t r a in sc an g row∼1 0%f a s t e r ;G . Sh en and D .A .B r y an t ,unpub l i sh ed ) .S yn e ch o c o c cu s7 0 0 2i se a s i l y andn a tu r a l l yt r an s fo rm ab l e( S t e v en sandP o r t e r ,1 9 8 0 ;F r i g a a rd e ta l . ,2 0 0 4 ) ,i t scomp l e t eg enom i cs equ en c ei sa v a i l ab l e( s e e h t tp : / /www .n cb i .n lm .n ih . go v / ) ,andas y s t emfo rcomp l em en t a t iono f mu t a t ion s ,ando v e rp rodu c t iono fp ro t e in si sa v a i l ab l e ( X ue ta l . ,2 0 1 1) .Th eo r g an i smi sr e l a t i v e l ye a s ytoh and l eand h a sb e com ea l abo r a to r y mod e lo r g an i smfo rt r an s c r ip tom e ,p ro B a r ane ta l . ,2 0 1 0; B enn e t t ee ta l . , t eom e ,andm e t abo lom es tud i e s( 2 0 1 1 ;Ludw i gandB r y an t ,2 0 1 1;Zh an gandB r y an t ,2 0 1 1) .A l l o fth e s et r a i t sm a k eS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2ane x c e l l en tp l a t fo rm fo rth ep rodu c t iono fb io fu e l sa sw e l la so th e rb io t e chno lo g i c a l app l i c a t ion s . www . f ron t ie r s in .o rg M o s tc y anob a c t e r i aa r epho to l i tho au to t roph s , wh i ch m e an s th a tsun l i gh ts e r v e sa sth ep r im a r yen e r g ysou r c e ,e l e c t ron sa r e ob t a in edf romanino r g an i csou r c e( i . e . ,w a t e r ) ,andCO2i sth e so l ec a rbonsou r c e .L i k eo th e ro r g an i sm s ,c y anob a c t e r i aadd i t ion a l l yr equ i r esou r c e so fN ,S ,andPfo rth ep rodu c t iono fn ew b iom a s s .B e c au s em an yF e – Sp ro t e in sandc y to ch rom e sa r efound inth epho to s yn th e t i capp a r a tu s( C r am e re ta l . ,2 0 0 5;F romm e ) ,c y anob a c t e r i aadd i t ion a l l yr equ i r er e l a and G ro t joh ann ,2 0 0 8 t i v e l y l a r g equ an t i t i e so fF e fo rop t im a lg row th .Thu s ,s tud i e sh a v e shownth a tc y anob a c t e r i ar e gu l a t et r an s c r ip t ioninr e spon s eto ch an g e sinl i gh ta sw e l la sth e s ee s s en t i a lnu t r i en t s ;th i sh a sb e en d emon s t r a t edint r an s c r ip tom i cs tud i e sins e v e r a lc y anob a c t e r i a l s t r a in s( H ih a r ae ta l . ,2 0 0 1;G i l le ta l . ,2 0 0 2;S in ghe ta l . ,2 0 0 3 ; W an ge ta l . ,2 0 0 4;N odope ta l . ,2 0 0 8;Zh an ge ta l . ,2 0 0 8;Ludw i g andB r y an t ,2 0 1 1 ) . L i k eo th e rau to t roph s ,c y anob a c t e r i a t a k eupc a rbon in i t s ino r g an i cfo rm sa sCO nd /o rb i c a rbon a t e .C y anob a c t e r i ap rodu c e 2a c a rbo x y som e s ,sp e c i a l i z edb a c t e r i a lm i c ro comp a r tm en t s( Y e a t e s e ta l . ,2 0 0 8 ;K inn e ye ta l . ,2 0 1 1) ,wh i chcon t a inr ibu lo s eb i spho sph a t ec a rbo x y l a s e /o x y g en a s e(RuB i sCO ) ,th ek e yen z ym eo fth e CO2r edu c t ionp a thw a y( T ab i t a ,1 9 9 4) .Fu r th e rmo r e ,c y anob a c t e r i a lc e l l sh a v e mu l t ip l em e ch an i sm sfo rCO ndb i c a rbon a t e 2a up t a k ea sw e l la sm e ch an i sm stoin c r e a s eth elo c a lin t r a c e l lu l a r Ap r i l20 12 |V o lume3 |A r t i c le145 |1 Ludw igandB ry an t CO2con c en t r a t ion w i th inth ec a rbo x y som e( B ad g e randP r i c e , 2 0 0 3 ; Y e a t e se ta l . ,2 0 0 8;C annone ta l . ,2 0 1 0) .Som ec y anob a c t e r i ac anadd i t ion a l l yu s eaf ews imp l eo r g an i ccompound s ,su g a r s , o ra l coho l sa sc a rbonand /o ren e r g ysou r c e s(Bo t tom l e yandv an B a a l en ,1 9 7 8;And e r sonand M c In to sh ,1 9 9 1;E i l e r ,2 0 0 6) .S yn e ch o c o c cu s7 0 0 2c ang rowong l y c e ro la si t sc a rbonanden e r g y sou r c e( L amb e r tandS t e v en s ,1 9 8 6) . M o s tc y anob a c t e r i ac anu s en i t r a t e ,n i t r i t e ,andammon i aa s p r im a r yN sou r c e s ,a l thou ghu r e aando r g an i cN compound sc an a l sob eu s edinsom ec a s e s( F lo r e sand H e r r e ro ,1 9 9 4) .Som e c y anob a c t e r i a ,m a in l yfi l am en tou sh e t e ro c y s tou ss t r a in s ,a r eadd i t ion a l l yab l etor edu c ed in i t ro g entoammon i av i an i t ro g en a s e ( B e rm an -F r an ke ta l . ,2 0 0 3; S e e f e ld te ta l . ,2 0 0 9 ) .A l thou ghS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2do e sno tp rodu c en i t ro g en a s e , i th a sb e enr epo r t ed tou s ea w id ev a r i e t yo fo r g an i ccompound sa sso l en i t ro g en sou r c e( K appe ta l . ,1 9 7 5) .M o s ti f no ta l lc y anob a c t e r i ac an u s esu l f a t ea sso l eS sou r c e .B e c au s eth esu l f a t econ c en t r a t ion o fs e aw a t e ri s mu chh i gh e rth anint yp i c a lf r e shw a t e rh ab i t a t s ( H o lm e randS to r kho lm ,2 0 0 1;G io rd anoe ta l . ,2 0 0 5) ,su l f a t ei s r a r e l yal im i t in gnu t r i en tin m a r in eh ab i t a t s .Onth eo th e rh and , P -and N l e v e l sa r eo f t eng row th r a t el im i t in gfo rc y anob a c t e r i a inf r e shw a t e rh ab i t a t sbu ta r eo f t enl e s sp rob l em a t i cin m a r in e Gu i ld fo rdand H e c k y ,2 0 0 0) .F ei so f t eng row th en v i ronm en t s( l im i t in gin m a r in een v i ronm en t s( V e ldhu i sandd eB a a r ,2 0 0 5) , yn e ch o c o c cu s7 0 0 2p rodu c e saf am i l yo fs id e ropho r e s ,s yn e bu tS chob a c t in sA –C( I toandBu t l e r ,2 0 0 5 )tof a c i l i t a t eF ea cqu i s i t ion . Th eg en e sfo rth es yn th e s i so fs yn e chob a c t ina r een cod edonp l a s m idpAQ 7a lon gw i tho th e rp ro t e in sfo rF eup t a k e( s e eG enB an k A c c e s s ion NC _ 0 1 0 4 7 4 . 1 ) .Th eS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2g enom ea l so en cod e sv a r iou s t r an spo r ts y s t em s fo rup t a k eo fpho sph a t e , su l f a t e , andv a r iou sN sou r c e s . C y anob a c t e r i a mu s ta c c l im a t etoch an g e sinth e i ren e r g ysup p l y(p ro v id edb yl i gh t ) ,andth e y mu s ta l soh a v em e ch an i sm s tocop ew i thflu c tu a t ion sinnu t r i en ta v a i l ab i l i t yth a to c cu rin th e i rn a tu r a len v i ronm en t s .Inap r e v iou ss tud yth a tfo cu s ed onth ee f f e c t so fl i gh tando x y g enont r an s c r ip t ion ,w ed emon s t r a t edth a tg lob a lt r an s c r ip t ionp rofi l in ginS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2 c ane f f e c t i v e l yb ep e r fo rm edb ycDNAs equ en c in g( at e chn iqu e nowo f t enr e f e r r edtoa sRNA s eq ) .Th i sm e thodp ro v id e ssu ffi c i en ts equ en c in gd ep thtod e t e c tch an g e sing en e sth a ta r eon l y r a r e l yt r an s c r ib ed ,e v ena t mod e r a t es equ en c in gd ep thandw i th ou tu s in gm e thod s tod ep l e t er ibo som a lRNA(Ludw i gandB r y an t , 2 0 1 1 ) .Inth i ss tud yw ep r e s en tan in t e g r a t edg lob a lt r an s c r ip tom e s tud yo fS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2th a tcomp a r e sth esp e c ifi cc e l lu l a r r e spon s e stol im i t a t ionfo re a ch m a c ronu t r i en t .Sp e c ifi c a l l y ,w e p r e s en tth eg lob a lt r an s c r ip t ionp rofi l e so fth i s mod e lc y anob a c t e r ium inr e spon s e to l im i t a t ion fo rc a rbon ,n i t ro g en ,su l fu r ,pho s pho ru s ,andi ron .P r e v iou sg lob a lt r an s c r ip tom es tud i e sonth e e f f e c t so fnu t r i en t l im i t a t ionw e r ep e r fo rm edb ym i c ro a r r a yan a l y s e sini so l a t eds tud i e sf romv a r iou sl abo r a to r i e sinth ef r e shw a t e r o r g an i smS yn e ch o c y s t i ssp .PCC6 8 0 3fo rc a rbon( E i s enhu te ta l . , 2 0 0 7 ) ,n i t ro g en( O s an a ie ta l . ,2 0 0 6) ,su l fu r( Zh an ge ta l . ,2 0 0 8) , andi ron( S in ghe ta l . ,2 0 0 3 ;Sh co ln i c ke ta l . ,2 0 0 9 ) .M o s tp r e v i ou ss tud i e sonth ee f f e c t so fn i t ro g enl im i t a t ioninc y anob a c t e r i a h a v eb e enp e r fo rm edinth eh e t e ro c y s tou sf r e shw a t e r / so i ls t r a in s N o s t o c( A n a b a en a)sp .PCC7 1 2 0andN o s t o cpun c t i f o rm e PCC 7 3 1 0 2 ,wh i chd i f f e r en t i a t eh e t e ro c y s t sanda r ec ap ab l eo ffi x in g F ron t ie r sin M i c rob io logy| M i c rob i a lPh y s io log yand Me tabo l i sm S yne cho co c cu st r an s c r ip tomeuponnu t r ien t l im i ta t ion d in i t ro g en(Eh i r ae ta l . ,2 0 0 3;S a toe ta l . ,2 0 0 4 ;C ampb e l le ta l . , 2 0 0 7 ; Ch ri on l im i t a t ionh a sa l sob e ens tud i ed s tm ane ta l . ,2 0 1 1 ) .I r in th e f r e shw a t e rs t r a in S yn e ch o c o c cu se l on g a tu sPCC7 9 4 2(N odop e ta l . ,2 0 0 8 )andth em a r in eP r o ch l o r o c o c cu ss t r a in s MED 4and M IT 9 3 1 3(Thomp sone ta l . ,2 0 1 1) .Th ee f f e c to fpho sph a t e l im i t a t iononth eg lob a lt r an s c r ip tom e ,how e v e r ,h a son l yb e ens tud i ed inth em a r in es t r a in s S yn e ch o c o c cu ssp . WH 8 1 0 2( T e tue ta l . ,2 0 0 9; O s t row s k ie ta l . ,2 0 1 0)andP r o ch l o r o c o c cu ss t r a in MED 4( S t e g l i ch e ta l . ,2 0 0 8 ) .N os in g l eg lob a l t r an s c r ip tom i cs tud y i sa v a i l ab l e th a t comp a r e sd a t af romc e l l sl im i t edfo ra l lm a c ronu t r i en t sfo ron e c y anob a c t e r i a ls t r a incu l t i v a t edund e rid en t i c a landw e l l -d efin ed cond i t ion s .Th i s in fo rm a t ion i sap r e r equ i s i t e fo r th ed e v e lopm en t o fcomp r eh en s i v em e t abo l i c mod e l sfo rasp e c ifi co r g an i sm .W e add i t ion a l l ycomp a r edth et r an s c r ip t ionp rofi l e so fc e l l sg rown w i thr edu c edn i t ro g ensou r c e s( ammon i aandu r e a )totho s eo f c e l l sg rownw i thn i t r a t e .Inadd i t ionto id en t i f y in gm an ynu t r i en t sp e c ifi ca c c l im a t ionp ro c e s s e s ,th e s ecomp a r i son s id en t ifi edsom e g en e r a la c c l im a t ionr e spon s e sth a to c cu rinS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2 c e l l se xp e r i en c in gnu t r i en t l im i t a t ion . MA TER IA LSAND METHODS SAMP L EPR EPARA T ION S yn e ch o c o c cu s7 0 0 2cu l tu r e sw e r eg rownintub e scon t a in in g m ed ium A( 2 5 -mL )supp l em en t ed w i th1m go fN aNO3 mL-1 +; (d e s i gn a t eda sm ed iumA S t e v en sandP o r t e r ,1 9 8 0 ; Ludw i gand B r y an t ,2 0 1 1) .Th ecu l tu r e sw e r eg rowna t3 8 ˚C w i thcon t inu 1a lpho ton sm-2s ou si l lum in a t iona t2 5 0μmo nd w e r esp a r g ed w i th1%( v / v )CO2ina i r(Th e s eop t im a lg row thcond i t ion sa r e d efin eda s“ s t and a rdcond i t ion s . ” ) .Th er e f e r en c ecu l tu r e sg rown und e r“ s t and a rd ”cond i t ion sw e r eg rowntoOD730nm=0 . 7( Lud w i gandB r y an t ,2 0 1 1) .G row thund e r lowCO a sp e r fo rm edin 2w A+ m ed iumund e rs t and a rdt emp e r a tu r eandl i gh tin t en s i t y ,bu t cu l tu r e sw e r esp a r g edw i tha i r[ 0 . 0 3 5%( v / v )CO .Th ecu l tu r e s 2] u s edfo rN ,S ,andP l im i t a t ions tud i e sw e r eg rownund e r“ s t an d a rd ”cond i t ion s incomp l e t eA+ m ed iumcon t a in in ga l lnu t r i en t s toanOD f∼0 . 6 – 0 . 7( i . e . ,p r io rtoth eon s e to fl i gh tl im i 7 3 0nmo t a t ion ) .C e l l sw e r eth enh a r v e s t edb yc en t r i fu g a t ion ,w a sh edtw i c e ina mod ifi ed m ed ium A( l a c k in gth esp e c ifi ednu t r i en t ) ,and w e r er e su sp end edin m ed iumA w i thou tth esp e c ifi ednu t r i en t : +t in m ed iumA( l a c k in gn i t r a t e ) ;insu l f a t e f r e em ed iumA h a t con t a in ed M gC l in s t e ado f2 0 . 3mM M g SO4×7H ; 2×6H 2O 2O o r inpho sph a t e f r e em ed iumA+.Th er e su sp end edcu l tu r e sw e r e ad ju s t ed toan in i t i a lOD f0 . 3 5( fo rN -andS l im i t a t ion )o r 7 3 0nmo 0 . 2 5( fo rP l im i t a t ion ) .Th er e su l t in gc e l lsu sp en s ion sw e r ein cu b a t edund e rs t and a rdt emp e r a tu r e ,l i gh tin t en s i t y ,anda e r a t ion andw e r eh a r v e s t edwh en OD e a ch ed0 . 7 .Th i sp ro c edu r e 7 3 0nmr a l low eda tl e a s ton edoub l in gtoo c cu rund e rnu t r i en t l im i t in g cond i t ion s .P r e l im in a r yg row the xp e r im en t s( s e eF i gu r eS 1in Supp l em en t a r yM a t e r i a l )show edth a t ,b yin i t i a t in gth eg row th l im i t a t iona tth e OD v a l u e s s p e c i fi e d a b o v e , t h e c u l t u r e s 7 3 0nm cou lds t i l lg rowtoth es am efin a lOD i . e . ,0 . 7 )a sc e l l sh a r 7 3 0nm( v e s t edf roms t and a rdcond i t ion s .Fu r th e rmo r e ,th eRNAy i e ld s ob t a in edf romsu chcu l tu r e sw e r esu ffi c i en tfo rth ep r ep a r a t iono f h i gh -qu a l i t ycDNA l ib r a r i e s . F e l im i t a t ionw a s indu c edb yadd in ganF e -b ind in gch e l a to rto th eg row thm ed ium in s t e ado fm ed iume x ch an g e( Sh co ln i c ke ta l . , ) .P r e l im in a r yg row the xp e r im en t sw i thS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2 2 0 0 9 Ap r i l20 12 |V o lume3 |A r t i c le145 |2 Ludw igandB ry an t cu l tu r e sshow edth a ta5 0 fo lde x c e s so fd e f e ro x am in em e s y l a t eB w a sr equ i r ed to indu c eF e l im i t a t ion ,and th a tc e l l scou ldcon t inu e tog row fo r ∼1mo r edoub l in gund e r th e s econd i t ion s(F i gu r eS 2 in Supp l em en t a r yM a t e r i a l ) .A t OD . 3 5 ,afin a lcon c en t r a 7 3 0nm=0 t iono f7 2 0 μMd e f e ro x am in em e s y l a t eBw a sadd ed toacu l tu r e in A+ m ed ium( con t a in in g1 4 . 4μMi ron ) ,wh i chw a sg rownund e r s t and a rdcond i t ion sun t i lOD . 7 . 7 3 0nm=0 G row thw i thd i f f e r en tN sou r c e sw a sp e r fo rm edin mod ifi ed , HEPE S -bu f f e r ed m ed ium A ,in wh i ch2 5mM HEPE S ,pH8 . 0 r ep l a c ed8 . 3mM T r i s–HC l ,pH8 . 2 . Th em ed ium w a ssupp l e m en t edw i th1μM N i SO4toa vo id N i l im i t a t ion( s e eS a k amo to and B r y an t ,2 0 0 1 ) . Ap a r tf romth e s e mod ifi c a t ion s ,a l lo th e r compon en t sw e r eth es am eandh adth es am econ c en t r a t ion sa s m ed iumA .N aNO3( 1 2mM ) ,NH l( 1 0mM ) ,o ru r e a( 1 0mM ) 4C w e r eadd eda sN sou r c e s .Th ecu l tu r e sw e r eg rownund e rs t and a rd cond i t ion sa sd e s c r ib edabo v etoafin a lOD f0 . 7 . 7 3 0nmo RNAEXTRACT ION C e l l sw e r er ap id l yh a r v e s t edb yc en t r i fu g a t ion( 5m in ,5 0 0 0×g , 4 ˚C ) ,andth ec e l lp e l l e t sw e r ef ro z eninl iqu id n i t ro g enand s to r eda t−8 0 ˚Cun t i lr equ i r ed . RNAs amp l e sfo rsub s equ en t cDNA l ib r a r ycon s t ru c t ionw e r ep r ep a r edf romf ro z enc e l lp e l l e t s r e su l t in gf rom2 0to3 0mL l iqu idcu l tu r e s . F o rRNApu r ifi c a t ion ,c e l l sw e r er e su sp end edin1 0mMT r i s – HC l ,pH8 . 0( 4 0 0μL ) ;l y so z ym ew a sadd ed( 4 . 5m gmL−1fin a l con c en t r a t ion ) ;andth es amp l ew a sin cub a t edfo r2m ina troom t emp e r a tu r e .Th es amp l ew a sd i sp en s edin totwo1 . 5 -mLr e a c t iontub e sanda c id i cph eno l – ch lo ro fo rmso lu t ion[ 4 0 0 μL ;1 : 1 ( v / v ) ,pH4 . 3 ]andBu gBu s t e rP ro t e inE x t r a c t ionR e a g en t( 4 0 0μL ; N o v a g en )w e r eadd edtoe a chr e a c t iontub efo rc e l l l y s i sandp ro t e ind en a tu r a t ion ;th es amp l e sw e r evo r t e x edtwot im e sfo r1m in ands to r edoni c eb e tw e ent r e a tm en t s .A f t e rc e l l l y s i s ,th es amp l e s ,2 2 ˚C ) , th eaqu eou sph a s ew a s w e r ec en t r i fu g ed( 2m in ,1 0 , 0 0 0×g e x t r a c t edon c e mo r ew i thph eno l – ch lo ro fo rmso lu t ion ,andth e comb in ede x t r a c t sw e r efin a l l ye x t r a c t edon c ew i thch lo ro fo rm – i so am y la l coho l( 2 4 : 1 ,v / v ) .Th eRNAw a sp r e c ip i t a t edf romth e aqu eou sph a s eb yadd in gon e t en thv o lum eo f3 . 0 Msod ium a c e t a t e ,pH5 . 2and2 . 5vo lum e so fe th ano l ,andth ep r e c ip i t a t ed RNA w a sw a sh edtw i c ew i th7 0%( v / v )e th ano l .Th eRNA w a s fu r th e rp ro c e s s edu s in gth eH i ghPu r eRNAI so l a t ionK i t(Ro ch e ) a c co rd in g to th er e comm end a t ion so fth em anu f a c tu r e r .Th eRNA p e l l e tw a sr e su sp end ed inDN a s e in cub a t ionbu f f e r( 4 6 0μL ) ,and RN a s in( 4μL ,P rom e g a ) ,andDN a s eI( 6 0μL )w e r eadd edtoth e s amp l e s ,wh i chw e r e in cub a t ed fo r1ha t2 2 ˚C .A f t e rDN a s eI t r e a t m en t , th eRNAw a spu r ifi edb ys i z ee x c lu s ionch rom a to g r aph yon th ep ro v id edsp in co lumn s ; th i ss t epr emo v edRNAsp e c i e ssm a l l e r th an∼3 0 0nu c l eo t id e s , in c lud in gtRNA sand5 SrRNA . RNAcon c en t r a t ion sw e r ed e t e rm in edu s in gaN anoD ropND 1 0 0 0Sp e c t ropho tom e t e r(Th e rmoS c i en t ifi c ) ,andaQub i tS y s t em ( In v i t ro g en )w a sa l sou s edtod e t e rm in eDNAcon c en t r a t ions ep a r a t e l y .Th equ a l i t yo fth eRNAs amp l e sw a san a l y z edu s in ga2 1 0 0 B io an a l y z e r(A g i l en t ) . S yne cho co c cu st r an s c r ip tomeuponnu t r ien t l im i ta t ion Un i v e r s i t y(Un i v e r s i t yP a r k ,PA ,U SA ) .Th ecDNAl ib r a r i e sw e r e con s t ru c t ed f rom0 . 5μgRNAs amp l eu s in gSOL iD™ Who l eT r an s c r ip tom eAn a l y s i sK i t(App l i edB io s y s t em s )andw e r eb a r cod ed b yu s in gth eSOL iD™T r an s c r ip tom eM u l t ip l e x in gK i t(App l i ed B io s y s t em s ) .Inb r i e f ,r e v e r s et r an s c r ip t ionandl ib r a r yp r ep a r a t ionin c lud edth efo l low in gs t ep s :f r a gm en t a t iono fRNAu s in g RN a s eI I I , l i g a t iono fth er e su l t in gRNAf r a gm en t s(∼1 5 0b a s e s in a v e r a g e )toad ap to r sv i aRNAL i g a s e2 ,r e v e r s et r an s c r ip t ion ,and amp l ifi c a t iono fcDNA(bo ths t a r t in gf romad ap to rs equ en c e s ) . SOL iD™ePCR K i tandSOL iD™ B e adEn r i chm en tK i t(bo th App l i edB io s y s t em s )w e r eu s edfo rp ro c e s s in gth es amp l e sfo r s equ en c in g ,ande i th e rth eSOL iD™3o r3P lu sp ro to co l(App l i ed B io s y s t em s )w a su s edfo rs equ en c in g . Th es equ en c ed a t ah a v eb e ensubm i t t edtoth eNCB IS equ en c e R e adA r ch i v e( SRA )und e ra c c e s s ionnumb e rSRP 0 0 7 3 7 2 . Th e5 0 -bpcDNAs equ en c e sob t a in edw e r em app eda g a in s tth e S yn e ch o c o c cu s7 0 0 2g enom eb yu s in gth eBu r row s –Wh e e l e ra l go r i thm( L iand Du rb in ,2 0 0 9) ,a l low in gfou rm i sm a t ch e s( ≥9 2% s equ en c e id en t i t y ) .S equ en c e sm app in g tor e g ion scod in g fo rr ibo som a lRNA s ,andr e ad s th a td idno tm ap toun iqu epo s i t ion s ,w e r e r emo v edf romth er e su l t in gm app eds equ en c efi l e s .Coun t in go f s equ en c e sco v e r in ge a chop enr e ad in gf r am e(ORF ) ,c a l cu l a t ion s o f th er e l a t i v e t r an s c r ip tabund an c e fo re a chORFandcomp a r i son s o fth er e l a t i v et r an s c r ip tabund an c e sb e tw e end i f f e r en tcond i t ion s /d a t as e t sw e r ep e r fo rm eda sd e s c r ib edp r e v iou s l y( Ludw i g andB r y an t ,2 0 1 1 ) .Th er e l a t i v et r an s c r ip tabund an c e sfo rc e l l s g rownund e r“ s t and a rd ”cond i t ion sw e r eob t a in edf romap r e v i ou ss tud y(Ludw i gandB r y an t ,2 0 1 1) .Tho s er e f e r en c ev a lu e sw e r e ob t a in edb yu s in gth es am ee xp e r im en t a lp ro c edu r e sa sd e s c r ib ed h e r e ,andtho s ecu l tu r e sw e r eg rowndu r in gth es am et im ep e r iod . Th e“ s t and a rd ”v a lu e sw e r ea v e r a g ev a lu e sd e t e rm in edf romth r e e ind ep end en t l yg rowncu l tu r e s .S t a t i s t i c a lan a l y z e sw e r ep e r fo rm ed a sd e s c r ib ed( Ludw i gandB r y an t ,2 0 1 1) . RESU L TSANDD ISCUSS ION NU TR I EN TL IM I TA T IONCAUS ESLOW EREXPR ESS IONO FG ENES ENCOD INGTH EPRO T E INB IOSYN TH ES IS MACH IN ERYANDENZYMES O F MA JOR M E TABO L ICPA THWAYS T r an s c r ip tp rofi l e so fc e l l se xp e r i en c in gnu t r i en tl im i t a t ion(C , N ,S ,P ,o rF e )o rg rown w i tha l t e r a t i v eN sou r c e sw e r ed e t e r m in ed .A sshown inT ab l e1, ∼1 0 – 1 7m i l l ionr e ad sob t a in edf rom TM s SOL iD equ en c in gw e r em app edfo re a chg row thcond i t ion . Th es equ en c e sm app in gtog en e so th e rth antho s efo rth erRNA op e ron sv a r i edf rom5 . 5to1 7 . 4%o fth eto t a lm app edr e ad s .Th e r e l a t i v et r an s c r ip tabund an c e sfo re a channo t a t edp ro t e in cod in g ORFo fth eg enom ew e r ec a l cu l a t edf romth e s ed a t a .T r an s c r ip t l e v e l sfo ra l lg en e sund e ra l lcond i t ion so fth i ss tud ya r ep ro v id ed inT ab l eS 1 inSupp l em en t a r yM a t e r i a l . L im i t in gth esupp l yo fan ye s s en t i a lnu t r i en tw i l limp a i rc e l lu l a rm e t abo l i smand w i l lin e v i t ab l yr e su l tins low e rg row th . M o r eo v e r ,in i t i a l l yth a ts low e rgrow thi sch a r a c t e r i s t i c a l l yl in e a rr a th e rth ane xpon en t i a l( s e eS a k amo toandB r y an t ,1 9 9 8 ) .In o rd e rto mon i to rch an g e sinth eg lob a lt r an s c r ip tom e ,t r an s c r ip t abund an c e sob t a in edfo rc e l l ssub j e c t edtonu t r i en tl im i t a t ion cDNAL IBRARYCONSTRUC T ION ,SO L ID™S EQU ENC INGANDDA TA w e r ecomp a r edtotho s eo fc e l l sg rownund e rnu t r i en t r ep l e t e , ANA L YSES s t and a rdcond i t ion s . ”G en e -b y g en ecomp a r i son sfo ra l lcond i Con s t ru c t iono fcDNA l ib r a r i e sandSOL iD™s equ en c in gw a sp e r - “ v a lu e sfo rth e ion sp r e s en t edinth i ss tud y ,wh i cha l sop ro v id epfo rm edinth eG enom i c sCo r eF a c i l i t ya tTh eP enn s y l v an i aS t a t e t www . f ron t ie r s in .o rg Ap r i l20 12 |V o lume3 |A r t i c le145 |3 Ludw igandB ry an t S yne cho co c cu st r an s c r ip tomeuponnu t r ien t l im i ta t ion T ab le1| Numbe ro fsequen ce sob ta inedbySOL iD™sequen c ingfo rthesamp lesana lyzedinth iss tudy . Samp le Mappedread s MappedinrDNA Pe r cen trDNA reg ion s Rema in ing mapped Un ique ly mapped reads reads Pe r cen tun iquereads LowCO2 12 ,1 73 ,835 1 0 ,051 ,192 82 .6* 2 ,122 ,643 2 ,041 ,396 96 .2 N l im i ted 13 ,737 ,066 12 ,1 71 ,332 88 .6 1 ,565 ,734 1 ,541 ,960 98 .5 S l im i ted 1 7 ,059 ,268 15 ,695 ,180 92 .0 1 ,364 ,088 1 ,298 ,737 95 .2 PO4l im i ted 12 ,524 ,188 1 1 ,530 ,056 92 .1 994 ,132 975 ,57 4 98 .1 Fe l im i ted 1 1 ,791 ,982 1 0 ,398 ,433 88 .2 1 ,393 ,549 1 ,37 4 ,47 4 98 .6 N i t ra te 12 ,97 6 ,083 12 ,21 7 ,966 94 .2 758 ,1 1 7 7 40 ,385 97 .7 Ammon i a 1 0 ,571 ,843 9 ,991 ,998 94 .5 579 ,845 563 ,335 97 .2 U rea 13 ,447 ,715 12 ,550 ,036 93 .3 897 ,679 877 ,885 97 .8 *Th i ss amp le w a st re a tedtodep le terRNA s( seeLudw igandB ry an t ,20 1 1) . Thenumbe ro fre ad sob ta inedfo rthed i f fe ren ts amp le s ,numbe ro fm appedre ad s ,numbe ro fre ad sm app ing w i th intherDNAreg ion sandou t s iderDNAreg ions ,and thenumbe ro fre ad sm app ingun ique l y(ou t s iderDNAreg ion s )a reg i venfo rthe ind i v idu a ls amp le s . s t a t i s t i c a ls i gn ifi c an c eo fe a chr e su l t ,a r ep ro v id edin T ab l eS 2 inSupp l em en t a r yM a t e r i a l .F i gu r e1show ss c a t t e rp lo t sfo rth e r e l a t i v et r an s c r ip tabund an c e so fa l l ORF sinc e l l ssub j e c t edto d i f f e r en tnu t r i en t l im i t a t ioncond i t ion scomp a r edtotho s eund e r “ s t and a rd ”( r ep l e t e )cond i t ion s .Th ep a r a l l e lg r a yl in e sine a ch p an e ld em a r c a t e2 fo ldch an g e s ,and m an yg en e sc l e a r l yshow ed g r e a t e rin c r e a s e so rd e c r e a s e s .I ti sob v iou sf romth e s ep lo t sth a t th er e spon s etoP l im i t a t ion( F i gu r e1D)w a s mu ch mo r el im i t ed th an th er e spon s e s to l im i t a t ion fo ro th e rnu t r i en t s .Th ep e r tu rb a t ion sc au s edb y th e s e l im i t a t ion sh adamu chg r e a t e r imp a c ton th e o v e r a l lt r an s c r ip tp a t t e rnth anw a sp r e v iou s l yob s e r v edfo rh i gh i r r ad i an c eo rd a r k t r e a tm en t so f S yn e ch o c o c cu s7 0 0 2 , inwh i chon l y th ecomb in ede f f e c t so fch an g in gtwop a r am e t e r s( sw i t ch in g f rom l i gh ttod a r kand f romo x i ctoano x i ccond i t ion s )c au s edacomp a r ab l ys e v e r ech an g einth eg lob a lt r an s c r ip tp a t t e rn( Ludw i gand B r y an t ,2 0 1 1) . F i gu r e2summ a r i z e sg r aph i c a l l yth ech an g e s int r an s c r ip t l e v e l so fg en e sin v o l v edin m a jo rm e t abo l i cp a thw a y sandnu t r i en t up t a k em e ch an i sm sund e rd i f f e r en tnu t r i en t l im i t a t ion scomp a r ed to“ s t and a rd ”g row thcond i t ion s .Ad e t a i l ed l i s t in go fth ecomp a r i son s( show in ge x a c tv a lu e sandpv a lu e sfo ra l lcomp a r i son s )fo r a l lg en e scod in gfo rcompon en t so fth er e sp e c t i v ep a thw a y so rc e l l compon en t si sg i v eninT ab l eS 3inSupp l em en t a r yM a t e r i a l .Th e imp a i rm en to fc e l lg row thdu r in gnu t r i en t l im i t a t ionw a sr e v e a l ed b y l a r g ed e c r e a s e s in t r an s c r ip t l e v e l s fo rg en e sen cod in gr ibo som a l p ro t e insubun i t sandfo rg en e scod in gfo rm a jo rm e t abo l i cfun c t ion s( i . e . ,r edu c t an tanden e r g yp rodu c t ionb yP S I I ,P S I ,andth e l i gh th a r v e s t in gcomp l e x e s ;ATPs yn th e s i sb y th eATPs yn th a s e ;and CO2fi x a t ion ;F i gu r e2) .Fu r th e rmo r e ,t r an s c r ip tl e v e l sfo rg en e s cod in gfo ren z ym e sin vo l v edinh em eandch lo roph y l lb io s yn th e s i sd e c r e a s ed(T ab l eS 3inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) .Th e s er e su l t s g en e r a l l ya g r e ew i thob s e r v a t ion sr epo r t edfo rm i c ro a r r a ys tud i e sino th e rc y anob a c t e r i adu r in gC ,N ,S ,P ,andF e l im i t a t ion ( S in ghe ta l . ,2 0 0 3 ;W an ge ta l . ,2 0 0 4;O s an a ie ta l . ,2 0 0 6;Zh an g e ta l . ,2 0 0 8 ;T e tue ta l . ,2 0 0 9;S chw a r ze ta l . ,2 0 1 1 ) .H ow e v e r ,in con t r a s ttoc y anob a c t e r i a ls t r a in sth a tp e r fo rmd in i t ro g enfi x a S yn e ch o c o c cu s7 0 0 2e xp e r i en c e s th e fu l le f f e c to fN l im i t a t ion t ion , wh enn i t r a t ei sr emo v edf romth eg row th m ed ium .T r an s c r ip t l e v e l sfo rg en e sen cod in go th e rcompon en t so fth epho to s yn th e t i c e l e c t ront r an spo r tch a in( c y to ch rom eb6fcomp l e x ,c y to ch rom e F ron t ie r sin M i c rob io logy| M i c rob i a lPh y s io log yand Me tabo l i sm +r c f e r r edo x in ,andf e r r edo x in –NADP edu c t a s e )w e r er e l a t i v e l y 6, un a l t e r ed(F i gu r e2) .I th a sb e enr epo r t edth a tg en e sen cod in gth e c y to ch rom eb6f comp l e x inS yn e ch o c y s t i ssp .PCC6 8 0 3h a v e low e r t r an s c r ip tl e v e l sdu r in gS ,F e ,o rCO l im i t a t ion( S in ghe ta l . , 22 0 0 3 ;W an ge ta l . ,2 0 0 4;Zh an ge ta l . ,2 0 0 8) .H ow e v e r ,t r an s c r ip t l e v e l sfo rth e s eg en e sd e c r e a s edon l ys l i gh t l yund e rnu t r i en tl im i t a t ioncond i t ion sinS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2 .Th es i tu a t ionw i thth e p s bAg en e f am i l y( en cod in g th eD 1p ro t e ino fP S I I )a sw e l la sa f ew ph y cob i l i som e r e l a t edg en e si s mo r ecomp l e xandshow edd i f f e r en c e sf romth eabo v e -m en t ion edg en e r a lt r end( low e rt r an s c r ip t l e v e l swh enanu t r i en tw a s l im i t in g ;s e eT e x tS 1inSupp l em en t a r y M a t e r i a l ) . T r an s c r ip tl e v e l sfo rn b lA,wh i chen cod e sasm a l lp ro t e inth a t po t en t i a t e sth ed e g r ad a t iono fph y cob i l ip ro t e in sb yC lpp ro t e a s e ( B a i e re ta l . ,2 0 0 4; B a r k e r -A s t rome ta l . ,2 0 0 5; B i en e r te ta l . ,2 0 0 6; K a r r ad te ta l . ,2 0 0 8) ,show edv e r yl a r g ein c r e a s e suponnu t r i en t i gu r e2) .T r an s c r ip tl e v e l sfo rn b lAin c r e a s ed∼6 0 d ep r i v a t ion(F fo ldund e rN l im i t a t ion( F i gu r e1B) ; l im i t a t ion fo ro th e rnu t r i en t s a l sor e su l t edinl a r g ein c r e a s e sinn b lAt r an s c r ip tl e v e l s :∼1 0 fo ld inc e l l sg rownund e rlowCO rS l im i t a t ion ;and2 -and3 fo ld 2o in c r e a s e sund e rP -andF e l im i t a t ion , r e sp e c t i v e l y(T ab l eS 3 inSup p l em en t a r yM a t e r i a l ) .Ing en e r a l ,th en b lAt r an s c r ip t ionp a t t e rn s ob s e r v edh e r efo rS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2w e r es im i l a rtoth ep a t t e rn s o fph y cob i l ip ro t e ind e g r ad a t ionob s e r v edfo rS yn e ch o c o c cu ssp . l l i e rand G ro s sm an ,1 9 9 2 ,1 9 9 4) .H ow e v e r ,ina PCC7 9 4 2(Co s tud yw i thS yn e ch o c y s t i ssp .PCC6 8 0 3 ,i tw a sshownth a t Nb lA m ed i a t edb l e a ch in gw a s mo s ts e v e r eupon N -andF e l im i t a t ion ; b lAt r an s c r ip t s , S l im i t a t iond idno tc au s eal a r g ein c r e a s eo fn andc e l l sco r r e spond in g l yd idno tund e r gosub s equ en tb l e a ch in g ( S in ghandSh e rm an ,2 0 0 0 ; R i ch aude ta l . ,2 0 0 1) . TRANSCR IP T IONA LR EGU LA T IONO FCO2F IXA T ION Th er edu c in gequ i v a l en t sandATPg en e r a t edb yth ea c t i v i t i e so f th epho to s y s t em sa r e mo s t l ych ann e l edin to CO x a t ionv i a 2fi th eC a l v in –B en son –B a s sh am(CBB )c y c l e inc y anob a c t e r i a .R ibu lo s e1 , 5 -b i spho sph a t ec a rbo x y l a s e /o x y g en a s e(RuB i sCO ) i s th ek e y en z ym eo fth eCBBc y c l eand i sen cod edb y th er b cLandr b c Sg en e s B ad g e randB e k ,2 0 0 8; T an ge ta l . ,2 0 1 1) .T r an s c r ip t s fo r th er b cL S ( g en e sd e c r e a s edsh a rp l yuponN -( ∼1 0 fo ld )andS l im i t a t ion( 3 to5 fo ld ) ,bu tw e r eon l ys l i gh t l ylow e rund e rF e l im i t a t ionand Ap r i l20 12 |V o lume3 |A r t i c le145 |4 Ludw igandB ry an t F IGURE1|Change sinthere la t ivet ran s c r ip tabundan ceuponnu t r ien t l im i ta t ion . Thes c a t te rp lo t sshowthere l a t i vet r an s c r ip tabund an ce s(A )when g rown w i thlowCO2 supp l yanda f te r(B )n i t rogen ,(C )su l fu r ,(D )pho sph a te , S yne cho co c cu st r an s c r ip tomeuponnu t r ien t l im i ta t ion and(E )i rondep r i v a t ioncomp a redtoth a tfo r“ s tand a rd”g row thcond i t ion s (me ano fth reeb io log i c a lrep l i c a te s ) .Theg r a y l ine sg i ve2 fo ldch ange s in e i the rd i re c t ion .Se le c tedgene sa re iden t ifiedb yn ame / lo cu stagnumbe r . w e r el a r g e l yun a f f e c t edb yP l im i t a t ion(F i gu r e2) . Wh enc e l l s w en r i ch eda i r ) ,t r an s c r ip tl e v e l s i tha i rin s t e ado f1%( v / v )CO2w e r eg rown w i thl im i t in g CO2,( rth er b cL Sg en e sin c r e a s ed2 -to4 fo ld .RuB i sCOi sen c lo s ed i . e . ,th ecu l tu r e sw e r esp a r g ed fo www . f ron t ie r s in .o rg Ap r i l20 12 |V o lume3 |A r t i c le145 |5 Ludw igandB ry an t F IGURE2|Ove rv iewove rtheregu la t ionpa t te rninre spon setonu t r ien t l im i ta t ion sfo rase le c t iono fce l lu la rcomponen t s . Thefigu resumm a r i ze s thegene r a lregu l a t ionp a t te rn inre spon seto l im i ta t iono fCO i t rogen , 2,n su l fu r ,pho spho ru s ,and i ron .Thech ange so fthere l a t i ve mRNA le ve l sunde r there spe c t i venu t r ien t l im i ta t iona recomp a redto“ s tand a rd”g row th cond i t ion s .The ser a t io sa red i sp l a yedfo rgene scod ingfo rase le c t iono f ce l lu l a rfun c t ion s ,amongthe sethepho to s y s tem s(PS I ,PS I I ;fo rPS I Ithe th reep sbAgene s we red i s reg a rdeds in cethe yrep l a cee a cho the r in re spon setod i f fe ren tcond i t ion s ) ,ph y cob i l i some s ,theph y cob i l i some deg r ad a t ionp ro te inNb lA ,componen t so fthepho to s yn the t i ce le c t ron F ron t ie r sin M i c rob io logy| M i c rob i a lPh y s io log yand Me tabo l i sm S yne cho co c cu st r an s c r ip tomeuponnu t r ien t l im i ta t ion t r an spo r tch a in ,thec a rbo x y some ,theC a l v in –Ben son –B a s sh amc y c le ,the NADHdeh yd rogen a secomp le x ,theF0F1 typeA TPs yn th a se ,thete rm in a l o x id a se s ,andther ibo some .Fu r the r ,thegene scod ingfo rup ta kes y s tem sfo r ammon i a ,n i t r a te ,su l f a te ,pho sph a te( p s tABCS) ,and i ron( a l lgene s l i s ted in T ab leS3 inSupp lemen ta ry M a te r i a le x cep ttho sefo rregu l a t ion ,s ide ropho re b io s yn the s i s ,andFe –Sc lu s te ra s semb l y )a reshown .Then i t r a teandn i t r i te g lnA,g lnN) ,thes ide ropho re redu c ta se sandtheg lu tam ines yn the ta se s( b io s yn the s i s(SYNPCC7002 _G00 19 -G0023 ) ,andFe –Sc lu s te ra s semb l y ( su fBCDS)a reh igh l igh ted .F in a l l y ,thech ange s inthet r an s c r ip t le ve l so ftwo fl a vop ro te in s ,thesupe ro x ided i smu ta se ,andc a ta l a sea reg i ven . Ap r i l20 12 |V o lume3 |A r t i c le145 |6 Ludw igandB ry an t insub c e l lu l a rm i c ro comp a r tm e n t sc a l l edc a rbo x y som e s ,wh i ch a l soh a rbo rac a rbon i canh yd r a s een cod edb yi c fA( Y e a t e se ta l . , 2 0 0 8 ;C annone ta l . ,2 0 1 0;E sp i eandK imb e r ,2 0 1 1) .S im i l a rto th er b cL Sg en e s ,CO l im i t a t iona l soc au s edt r an s c r ip tl e v e l so f 2th ec cmg en e s ,en cod in gs t ru c tu r a lsubun i t so fth ec a rbo x y som e s ( c cmK , c cmL , c cmM , c cmN ) ,andi c fAtoin c r e a s eupto5 fo ld .N l im i t a t ionr e su l t edinav e r yd r am a t i cd e c r e a s e(upto2 0 fo ld )in cmg en e s ,wh e r e a sth et r an s c r ip t l e v e l sfo rth e s e mRNA l e v e l sfo rc g en e sw e r es l i gh t l ylow e rinc e l l ssub j e c t edtoS -andP l im i t a t ion o ra tabou ts t and a rdl e v e la f t e rF e l im i t a t ion .In t e r e s t in g l y ,t r an s c r ip tl e v e l sfo ri c fAw e r eon l ys l i gh t l ylow e r( 2 fo ld )du r in gN andP l im i t a t ionbu tw e r es l i gh t l yh i gh e r( l e s sth an2 fo ld )wh en c e l l sw e r eS -o rF e l im i t ed(T ab l eS 3inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) . T r an s c r ip tl e v e l sfo ro th e rg en e sen cod in gen z ym e so fth eCBB c y c l ea l soch an g eddu r in gnu t r i en t l im i t a t ion .Und e rN l im i t a t ion mRNAl e v e l sd e c r e a s edupto1 0 fo ld ,bu tth eimp a c to fl im i t a t ionfo ro th e rnu t r i en t s ,inp a r t i cu l a r CO a sl e s ss i gn ifi c an t 2, w (mRNA l e v e l sd e c r e a s ed2 -to3 fo lda t mo s t ;F i gu r e2) .Th eg en e r a l l ylow e rt r an s c r ip tl e v e l sfo rg en e sen cod in gen z ym e so fth e CBBc y c l ea r econ s i s t en tw i thag en e r a ld e c r e a s einb io s yn th e t i c a c t i v i t i e s innu t r i en t l im i t edc e l l scomp a r ed toc e l l sg row in gund e r op t im a lcond i t ion s( s e eabo v e ) .As l i gh td e c r e a s eo ft r an s c r ip t l e v e l so fCBBc y c l eg en e sund e r lowCO i gh t ind i c a t e th a tc e l l son l y 2m r equ i r ein c r e a s edl e v e l so fth er a t e l im i t in gen z ym e ,RuB i sCO , wh i chd i r e c t l yin t e r a c t sw i thCO2.Ad equ a t el e v e l so fth eo th e r en z ym e sm a ya l r e ad ye x i s t tom e e t th eb io s yn th e t i cd em andund e r CO2l im i t edg row thcond i t ion s . IMPACTO FNUTR IENTL IM I TA T IONONCARBOHYDRA T ED EGRADA T ION T r an s c r ip tl e v e l sfo rg en e sen cod in gen z ym e so fc a rboh yd r a t e m e t abo l i sma l soch an g edinr e spon s eto nu t r i en tl im i t a t ion . F ru c to s e -b i spho sph a t ea ldo l a s e( cl a s sI ) ,wh i ch i sen cod edb y f b aB ( SYNPCC 7 0 0 2 _A 0 0 1 0 )andwh i chshow edh i gh e rt r an s c r ip tl e v e l sinth ed a r k( Ludw i gandB r y an t ,2 0 1 1) ,p rob ab l yen cod e sth e en z ym e in v o l v ed inc a rboh yd r a t ec a t abo l i sm .T r an s c r ip t l e v e l sfo r th i sg en ew e r eh i gh e rund e ra l lnu t r i en t l im i t a t ioncond i t ion s( s e e T ab l eS 3 inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) .H ow e v e r , th et r an s c r ip t l e v e l sfo r mo s to th e rg en e sin vo l v edinc a rboh yd r a t ed e g r ad a t ion p a thw a y sd idno tch an g ev e r ymu ch .In t e r e s t in g l y , t r an s c r ip t l e v e l s p p sA) ,wh i chin c r e a s ed mo r e fo rpho spho eno lp y ru v a t es yn th a s e( th an1 0 0 fo ldinc e l l se xpo s edtod a r kn e s s( Ludw i gandB r y an t , 2 0 1 1 ) ,h ad2 fo ldh i gh e rt r an s c r ip tl e v e l sinc e l l sg rownund e r CO2l im i t a t ionand5 fo ldh i gh e rt r an s c r ip tl e v e l sinP l im i t ed c e l l s . Wh encu l tu r e sw e r eS -o rF e l im i t ed ,th e mRNAl e v e l so f p p sAw e r e∼2 fo ld low e rcomp a r ed th an th a to fc e l l sg rownund e r s t and a rdcond i t ion s .T r an s c r ip tl e v e l sfo rth ep y kg en e ,en cod in gth ep y ru v a t ek in a s e ,w e r elow e rund e ra l lnu t r i en tl im i t a t ion cond i t ion s(T ab l eS 3inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) ,andtho s efo r th ep y ru v a t ed eh yd ro g en a s ecomp l e xandth ep y ru v a t e : f e r r edo x in o x ido r edu c t a s ew e r eun ch an g edo rd e c r e a s edupto3 fo ld .Th e s e d i f f e r en c e ssu g g e s tth a tth ein c r e a s einp p sAt r an s c r ip t sdu r in gP l im i t a t ion i sp rob ab l yasp e c ifi c ,a c c l im a t i v er e spon s e(pho sph a t e i s on eo fth esub s t r a t e so fPp sA ) .T r an s c r ip t l e v e l s fo rg en e sen cod in g fo rcompon en t so ff e rm en t a t i v em e t abo l i sm ,dl a c t a t ed eh yd ro g en a s e( l dhA ) ,andh yd ro g en a s e ,w e r eg en e r a l l y low e r innu t r i en t l im i t edc e l l s . Wh enc e l l sw e r eP l im i t ed ,how e v e r ,t r an s c r ip tl e v e l sfo rth eb id i r e c t ion a lh yd ro g en a s e ,e sp e c i a l l yth ed i apho r a s e www . f ron t ie r s in .o rg S yne cho co c cu st r an s c r ip tomeuponnu t r ien t l im i ta t ion subun i t s( h o xE,h o xF,andh o xU) ,in c r e a s edupto3 fo ld .T r an s c r ip t l e v e l s fo rth e s eth r e eg en e sa l sosp e c ifi c a l l y in c r e a s ed inc e l l s Ludw i gandB r y an t ,2 0 1 1) .In e xpo s edtod a r kano x i ccond i t ion s( con t r a s ttoan abo l i cr e a c t ion sg en e r a l l y ,c a rboh yd r a t ec a t abo l i sm r em a in sr e l a t i v e l yun ch an g edwh enc e l l sa r esub j e c t edtonu t r i en t l im i t a t ion .Th i sp rob ab l yr efl e c t sth en e c e s s i t yto m a in t a inth e s e e l em en t so fc en t r a lm e t abo l i smund e r l e s sf a v o r ab l econd i t ion s . ACC L IMA T IONO FTH ENADHD EHYDROG ENAS ECOMP L EXANDO F T ERM INA LOX IDAS ES Th eT yp e I NADHd eh yd ro g en a s ecomp l e x( comp l e x1 ; Ndh comp l e x )i sin v o l v edinf e ed in gr edu c in gequ i v a l en t sin toth er e s p i r a to r ych a inandinc y c l i ce l e c t ronflowa roundP SI(O g aw a and M i ,2 0 0 7 ;B a t t ch i k o v ae ta l . ,2 0 1 0) .Th et r an s c r ip tl e v e l sfo r g en e sen cod in gsubun i t so fth e Ndhcomp l e xch an g eds i gn ifi c an t l ywh enc e l l sw e r esub j e c t edtov a r iou snu t r i en tl im i t a t ion s ( F i gu r e2;T ab l eS 3inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) .Th e Ndhcom p l e xinc y anob a c t e r i a( andinS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2 )con s i s t so f1 5 subun i t s(NdhA -O ) ;s e v e r a lp a r a lo gou sg en e so c cu rinc y anob a c t e r i a lg enom e sfo rth e NdhDand NdhFsubun i t s( O g aw aand .InS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2th e s ea r en dhD, n dhD 1, n dhD 2, M i ,2 0 0 7) n dhD 3,and n dhD 4 ,andn dhF, n dhF 3,and n dhF 4.NdhD 3 /NdhD 4 and NdhF 3 /NdhF 4a r ecompon en t so fCO p t a k eandcon c en 2u t r a t in gcomp l e x e s th a tcon v e r tCO n tob i c a rbon a t e( B a t t ch i k o v a 2i e ta l . ,2 0 1 0 ) .T r an s c r ip t ionp rofi l e so fth eg en e sfo rth e s ev a r i an t so fth eNdhcomp l e xa r e l i s t eds ep a r a t e l y( s e eb e low ) .G row th w i thl im i t in gCO2c au s eduptoa6 fo ldin c r e a s ein mRNAl e v e l s fo rth en dhg en e s( n dhA –C, n dhE –O) .T r an s c r ip tl e v e l sfo rth e s e g en e sa l soin c r e a s edupto4 fo lddu r in gS -andF e l im i t a t ion , bu tl i t t l eo rnoch an g ew a sob s e r v edupon N -o rP l im i t a t ion . Ane x c ep t ionw a sth et r an s c r ip tl e v e lfo rn dhL ,wh i chen cod e sa subun i tin v o l v edinino r g an i cc a rbont r an spo r t ;i t s mRNAl e v e l in c r e a s ed5 fo ldund e rN l im i t a t ionanda l soin c r e a s ed3 -to4 fo ldwh enc e l l sw e r eg rownund e rCO l im i t a t i o n , S l im i t a t i o n , 2 o rF e l im i t a t ion ,bu td idno tin c r e a s eund e rP l im i t a t ion(T ab l e S 3inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) .S yn e ch o c o c cu s7 0 0 2h a son l yon e n dhFp a r a lo g( SYNPCC 7 0 0 2 _A 0 8 5 4 )th a t i sno t in v o l v ed inCO2 up t a k e(n dhF 3,n dhF 4;s e eb e low ) ,bu ti th a sth r e ep a r a lo gou s n dhDg en e s( anno t a t eda sn dhD,n dhD 1,n dhD 2)th a tdono t en cod esubun i t so fth ecomp l e x e s in v o l v ed inCO p t a k e(n dhD 3, 2u n dhD 4;s e eb e low ) .T r an s c r ip tl e v e l sfo rn dhDandn dhD 1g en e r a l l yd idno tch an g ed r am a t i c a l l y( F i gu r e2) .H ow e v e r ,t r an s c r ip t l e v e l sfo rn dhD 2w e r eh i gh e rund e ra l lnu t r i en tl im i t a t ioncon d i t ion s :2 . 5 fo ldund e rP l im i t a t ion ;6 fo ldund e rN l im i t a t ion ; and1 7 -to1 8 fo ldund e rCO l im i t a t ionandF e l im i t a t ion .Th e 2t r an s c r ip tl e v e lfo rth en dhD 2g en ee xh ib i t edon eo fth el a r g e s t o fa l lin c r e a s e s ,5 4 fo ld ,und e rS l im i t a t ion( s e eF i gu r e1C) .Th e mRNA l e v e lo fn dhD 2in c r e a s ed1 6 fo ldwh en S yn e ch o c o c cu s7 0 0 2 c e l l sw e r ee xpo s edtoh i gh l i gh t( Ludw i gandB r y an t ,2 0 1 1) .Th e s e d a t asu g g e s t th a tNdhD 2m a yr ep l a c eo th e rp a r a lo gou sNdhDsub un i t sund e rs e v e r a ls t r e s scond i t ion s ,wh enr edu c in gequ i v a l en t s c anno tb ee ffi c i en t l yt r an s f e r r edtot e rm in a le l e c t rona c c ep to r s − 2 − (m a in l yCO u ta l soNO3 ,SO .B e c au s eth e NdhDsubun i t 2,b 4 ) i s lo c a t edw i th in th eh yd rophob i c ,m emb r an e in t r in s i cdom a ino f th ecomp l e xand i s in v o l v ed inp ro tonpump in g( B a t t ch i k o v ae ta l . , 2 0 1 0 ; E f r emo vandS a z ano v ,2 0 1 1) ,aro l e inad ju s t in gth er a t ioo f p ro ton st r an s lo c a t edtoe l e c t ron st r an spo r t edh a sb e ensu g g e s t ed Ap r i l20 12 |V o lume3 |A r t i c le145 |7 Ludw igandB ry an t to b eth er e a sonfo re x ch an g in gp a r a lo gou s NdhDsubun i t s ( Ludw i gandB r y an t ,2 0 1 1) .Th eg en e r a lin c r e a s eo ft r an s c r ip t s fo ra l l NADHd eh yd ro g en a s eg en e sund e rsom es t r e s scond i t ion simp l i e sth a tc y c l i ce l e c t ront r an spo r t ,in vo l v in gP SIand th e Ndhcomp l e x ,m a yb e com e mo r eimpo r t an tdu r in gnu t r i en t s t r e s s .T r an s c r ip t ionch an g e s th a tcou ld l e ad tomod ifi c a t iono fth e subun i tcompo s i t iono fth eNdhcomp l e x e sp r e sum ab l yp rodu c e d i f f e r en tandsp e c i a l i z edp rop e r t i e s ,bu tth i spo s s ib i l i t y mu s tb e e xp e r im en t a l l yv e r ifi ed . Th eS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2g enom een cod e stwoc y to ch rom eo x i d a s e s ,andi th a sb e ensu g g e s t edth a tc y to ch rom eo x id a s e Is e r v e s a sth ep r in c ip a lt e rm in a lo x id a s eo fth er e sp i r a to r ych a in ,wh e r e a s c y to ch rom eo x id a s e I Ih a sb e ensu g g e s t edtop l a yaro l ea ss i g n a lt r an sdu c e rto m e a su r eth er edo xb a l an c eandt r i g g e ro x id a t i v e N omu r ae ta l . ,2 0 0 6 a , b) .T r an s c r ip tl e v e l so fth e s t r e s sr e spon s e s( c t a Ig en e sw e r eg en e r a l l y1 . 5 -to3 fo ldh i gh e rdu r in gN ,P ,and F e l im i t a t ion(F i gu r e2;T ab l eS 3 inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) ,bu t w e r e1 . 5 -to3 fo ld low e r inCO2l im i t edc e l l s .T r an s c r ip t l e v e l s fo r th e c t a I Ig en e s in c r e a s edmod e r a t e l yund e ra l lnu t r i en t l im i t a t ion cond i t ion sp r e s en t ed inth i ss tud y . FAC INGOX IDA T IVESTRESS :SUP EROX ID ED ISMU TAS E ,CA TA LAS E , ANDF LAVOPROTE INS A l t e rn a t i v er edu c t i v ep a thw a y s(CO2,n i t r a t e ,andsu l f a t er edu c t ion )cou lds e r v ea ss in k s fo re x c e s se l e c t ron sund e rsom enu t r i en t l im i t in gcond i t ion s .T r an s c r ip t iond a t a ,how e v e r ,dono tsuppo r t th epo s s ib i l i t yth a te l e c t ron sa r ed i r e c t edtoo th e rr edu c t i v ep a th w a y s wh ena m a jo rnu t r i en ti sl im i t in g( s e eT e x tS 2inSup p l em en t a r yM a t e r i a l ) .Th ein ab i l i t yo fnu t r i en t l im i t edc e l l sto t r an s f e rr edu c in gequ i v a l en t sg en e r a t edb yth epho to s y s t em sin to an abo l i cr e a c t ion scou ldr e su l tino v e r r edu c t iono fth ep l a s to qu inon epoo l ,wh i chc ancon t r ibu t etoth efo rm a t iono fr e a c t i v e o x y g enandn i t ro g ensp e c i e s(RO S /RN S ;L a t ifie ta l . ,2 0 0 9; K o rn a s ) .P r in c ip a lcompon en t so fth er e spon s etoo x id a t i v e e ta l . ,2 0 1 0 s t r e s s inc y anob a c t e r i a in c lud esup e ro x id ed i smu t a s e( s odB ,SYN PCC 7 0 0 2 _A 0 2 4 2 ) ,c a t a l a s e(k a tG ,SYNPCC 7 0 0 2_A 2 4 2 2 ) ,v a r i ou sp e ro x id a s e s( SYNPCC 7 0 0 2_A 0 1 1 7 ,SYNPCC 7 0 0 2 _A 0 9 7 0 ) , c y ano g lob in( g l bN ,SYNPCC 7 0 0 2_A 1 6 2 1 ; S co t te ta l . ,2 0 1 0 ) ,and m e th ion in esu l fo x id er edu c t a s e s(m s rA,SYNPCC 7 0 0 2_A 0 2 1 5and m s rB,SYNPCC 7 0 0 2 _A 0 6 7 2 ) ,wh i ch in a c t i v a t eo rr ep a i rth ed am a g ec au s edb yth e s eto x i csp e c i e s .Su rp r i s in g l y ,a l thou ght r an s c r ip t l e v e l sfo raf ewo fth e s eg en e sin c r e a s ed mod e s t l yund e rsom e s t r e s scond i t ion s ,th et r an s c r ip tl e v e l sfo rth e s eg en e sw e r er e l a t i v e l ycon s t an to v e r a l l(T ab l eS 3inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) . Und e rs t and a rdg row thcond i t ion s ,th er e l a t i v et r an s c r ip tl e v e l o fs odBw a ss im i l a rtoth a tfo rr b cLandr b c S ,andth et r an s c r ip t l e v e l so f mo s to th e rg en e s in vo l v ed inth eo x id a t i v es t r e s sr e spon s e w e r ea tl e a s t1 0%o ftho s efo rr b cL S( s e eT ab l eS 1inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) .W eh a v er epo r t edp r e v iou s l yth a tt r an s c r ip t sfo r som eg en e sen cod in gen z ym e sin vo l v edinc a ro t eno idb io s yn th e s i s inS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2 in c r e a s eddu r in gnu t r i en t l im i t a t ionand o th e rs t r e s scond i t ion s(Zhue ta l . ,2 0 1 0) .Th e s eob s e r v a t ion sa r e yn e ch o c o c cu s7 0 0 2con s t i tu con s i s t en tw i thth eh ypo th e s i sth a tS t i v e l ye xp r e s s e sah i ghl e v e lo fen z ym e stocop ew i tho x id a t i v e s t r e s s ,wh i ch m i gh te xp l a inth en a tu r a lto l e r an c eo fth i so r g an i sm tocond i t ion sth a tc au s es e v e r eo re v enl e th a lo x id a t i v es t r e s sin o th e rc y anob a c t e r i a . F ron t ie r sin M i c rob io logy| M i c rob i a lPh y s io log yand Me tabo l i sm S yne cho co c cu st r an s c r ip tomeuponnu t r ien t l im i ta t ion B e s id e s sup e ro x id ed i smu t a s e ,p e ro x id a s e s , and c a t a l a s e , c y anob a c t e r i as yn th e s i z efl a v op ro t e in sth a tt r an s f e re l e c t ron sto d io x y g en ,p rodu c in gw a t e r ,andth e r eb yr e l i e v in gth ee l e c t ronsu r p lu sth a tl e ad stoth efo rm a t iono f RO S /RN S(H e lm ane ta l . , 2 0 0 3 ;H a c k enb e r ge ta l . ,2 0 0 9) .Th eS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2g enom e en cod e stwofl a v op ro t e in s( fl v 1,SYNPCC 7 0 0 2 _A 1 3 2 1andfl v 2, SYNPCC 7 0 0 2 _A 1 7 4 3 ) ,andth et r an s c r ip tl e v e l so fth e s eg en e s d idno tch an g einr e spon s eto N -andP l im i t a t ion(F i gu r e2) . S -andF e l im i t a t ion ,how e v e r ,c au s edas l i gh tin c r e a s eo ffl v 2 t r an s c r ip t s( ∼1 . 5 -to2 fo ld )andfl v 1t r an s c r ip t sin c r e a s edn e a r l y 3 fo ld .Th e l a r g e s t in c r e a s e infl v 1andfl v 2t r an s c r ip t sw a sob s e r v ed wh enc e l l sw e r eCO2l im i t ed .Th efl v 2t r an s c r ip t sin c r e a s ed1 3 fo ld ,andfl v 1t r an s c r ip t sin c r e a s ed1 9 fo ld .Th e s etwog en e sw e r e amon gtho s ee xh ib i t in gth el a r g e s tin c r e a s e sint r an s c r ip tabun d an c efo ra l lg en e s inCO2l im i t edc e l l s( F i gu r e1A) .Th e s er e su l t s su g g e s tth a tF l v 1andF l v 2r e l i e v eo v e r r edu c t iono fth equ inon e poo lb yt r an s f e r r in ge l e c t ron stoO2wh enCO2i sl im i t in g .In t e r e s t in g l y ,inc e l l se xpo s edtoh i gh l i gh tin t en s i t yfo r1h , wh i ch p rodu c edsom eo f th e t r an s c r ip t ionch an g e sch a r a c t e r i s t i co fCO2l im i t a t ion ,acon c e r t edup r e gu l a t iono ffl v 1andfl v 2mRNA sw a s i gandB r y an t ,2 0 1 1) .Thu s , th e s efl a vop ro t e in s no tob s e r v ed(Ludw app e a rtop l a ya mo r e impo r t an tro l e inc e l l ssub j e c t edtoch ron i c CO2l im i t a t ionth an inc e l l st r an s i en t l ye xpo s edtoh i gh l i gh t . TRANSCR IP T IONA LUP -R EGU LA T IONO FA L T ERNA T IV EE L EC TRON CARR I ERSANDO TH ER (PU TA T IV E )G EN ES Th eS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2g enom eh a ss e v e r a lg en e sanno t a t eda s en cod in g“un i v e r s a ls t r e s sp ro t e in s ”anda l soh a sg en e sfo rs e v e r a l mo l e cu l a rch ap e ron e s( e . g . ,g r oEL ,g r oE S ,dn aK ,dn a J)andh e a t sho c kp ro t e in s( e . g . ,h s pA, g r pE , h t pG) .T r an s c r ip t l e v e l sfo rth e s e g en e s ,how e v e r ,w e r e l a r g e l yun a f f e c t edund e rth enu t r i en t l im i t a t ioncond i t ion st e s t edh e r e( s e eT e x tS 3inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) .A l thou ghi t sro l eine l e c t ront r an s f e ri sno tcomp l e t e l yc l e a r Shu v a lo ve ta l . ,2 0 0 1 ) ,c y to ch rom ec ( i s a m em b r a n e a s s o c i a t e d M c t yp ec y to ch rom e , who s ee xp r e s s ioni senh an c edund e rlow yn e ch o c y s t i ssp .PCC6 8 0 3 t emp e r a tu r eandh i gh l i gh ts t r e s sinS ( M a l a kho ve ta l . ,1 9 9 9) .T r an s c r ip t l e v e l s fo rc y tMin S yn e ch o c o c cu s 7 0 0 2w e r e1 4 -to2 4 fo ldh i gh e rund e rN ,S ,andF e l im i t a t ion (T ab l eS 3 inSupp l em en t a r yM a t e r i a l )bu td e c r e a s ed2 fo ldund e r P l im i t a t ion .Th et r an s c r ip tl e v e lfo rc y tMin c r e a s ed6 fo lda f t e r Ludw i gandB r y an t ,2 0 1 1) .Th e s e a1 -he xpo su r etoh i gh l i gh t( d a t asu g g e s tth a tC y tc a yb ein v o l v edine l e c t ront r an s f e r M m und e rs e v e r a ls t r e s scond i t ion sinc y anob a c t e r i a .Th e r ea r etwo g en e sanno t a t eda sc y to ch rom ec p e t J) :SYNPCC 7 0 0 2_A 0 1 6 7 6( andSYNPCC 7 0 0 2 _A 2 3 9 1 .T r an s c r ip tl e v e l so fbo th w e r eg en e r a l l ylow e rund e rnu t r i en t l im i t in gcond i t ion s( 3 fo ldo rl e s s ) ; how e v e r ,s l i gh tin c r e a s e so f mRNA(∼2 fo ld )w e r eob s e r v edfo r SYNPCC 7 0 0 2 _A 2 3 9 1und e rF e -andS l im i t a t ion .Th ee x ch an g e c y to ch rom efo ra m emb r an e an cho r edc y to ch rom e o faso lub l ec cou ldr efl e c tch an g e s inth ep e r ip l a sm i csp a c eo rou t e rm emb r an e th a tm i gh ta f f e c tth efun c t ion a l i t yo fso lub l eC y tc P e t J ) . 6( T r an s c r ip t l e v e l sfo rtwoad j a c en tg en e s ,SYNPCC 7 0 0 2_A 1 4 7 6 ( “h i gh l i gh tindu c ib l ep ro t e in ” )andSYNPCC 7 0 0 2 _A 1 4 7 7( con s e r v edh ypo th e t i c a lp ro t e in ) ,in c r e a s ed4 3 -and4 7 fo ldr e sp e c t i v e l y , wh i ch w e r e amon gth el a r g e s tin c r e a s e s ob s e r v edin r e spon s eto N l im i t a t ion( F i gu r e1B) .B l a s tPan a l y s e sind i c a t e th a tSYNPCC 7 0 0 2 _A 1 4 7 6en cod e sah i gh l i gh t indu c ib l ep ro t e in Ap r i l20 12 |V o lume3 |A r t i c le145 |8 Ludw igandB ry an t o fth e CAB /EL IP /HL IPf am i l y ,p ro t e in sth a ta r e knownto in c r e a s einc e l l sinr e spon s etoh i gh l i gh tandnu t r i en ts t r e s s( H e e ta l . ,2 0 0 1 ;K i l i ane ta l . ,2 0 0 8) .SYNPCC 7 0 0 2_A 1 4 7 7en cod e s ap ro t e in homo lo gou stoA r a b i d o p s i sth a l i an ap ro t e in PGR 5 , wh i chi sasm a l l ,h i gh l ycon s e r v edp ro t e inr equ i r edfo rf e r r e do x in :p l a s toqu inon er edu c t a s e -d ep end en t ,c y c l i ce l e c t ront r an s po r t(M un e k a g ee ta l . ,2 0 0 2;T a k ab a y a sh ie ta l . ,2 0 0 5;Y e r e m en k oe ta l . ,2 0 0 5) .T r an s c r ip tl e v e l sfo rth e s etwo g en e s a l soin c r e a s ed m a r k ed l yund e rF e l im i t a t ion( 1 5 -and1 3 fo ld ) , CO2l im i t a t ion( 4 -and1 0 fo ld ) ,andS l im i t a t ion( 3 . 5 -and9 fo ld ) ,andth e i rt r an s c r ip tl e v e l sl i k ew i s ein c r e a s ed3 . 5 -to5 fo lda f t e rc e l l sw e r ee xpo s edtoh i gh l i gh tfo r1h( Ludw i gand B r y an t ,2 0 1 1) .CAB /EL IP /HL IPp ro t e in sm a yb indch lo roph y l l ( s ) and /o rc a ro t eno id ( s )andp l a yaro l einb ind in gth e s e mo l e cu l e s wh i l ec e l l sa c c l im a t etos t r e s sb ya l t e r in gth ecompo s i t iono fth e i rpho to s yn th e t i capp a r a tu s( M on t an eand K lopp s t e ch ,2 0 0 0 ;H a v au xe ta l . ,2 0 0 3) .B e s id e sSYNPCC 7 0 0 2 _A 1 4 7 6 th e r ea r eth r e eadd i t ion a lg en e sanno t a t eda sh i gh l i gh t indu c ib l e p ro t e in s :SYNPCC 7 0 0 2_A 0 1 8 6 ,SYNPCC 7 0 0 2_A 0 6 0 2 ,andSYN PCC 7 0 0 2 _A 0 8 5 8 ,andt r an s c r ip tl e v e l sfo ra l lo fth emin c r e a s ed wh enc e l l sw e r ee xpo s edtoh i gh l i gh tfo r1h(Ludw i gandB r y an t , 2 0 1 1 ) .CO ,N ,S ,andF e l im i t a t ionr e su l t edin3 -to2 0 fo ld 2in c r e a s e sint r an s c r ip tl e v e l sfo rSYNPCC 7 0 0 2_A 0 1 8 6andSYN PCC 7 0 0 2 _A 0 6 0 2 , wh e r e a st r an s c r ip t sfo rSYNPCC 7 0 0 2 _A 0 8 5 8 on l yin c r e a s ed∼2 . 5 fo ldinCO ndS l im i t edc e l l s(T ab l eS 3 2-a inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) . SYNPCC 7 0 0 2 _A 2 4 9 2andSYNPCC 7 0 0 2_A 2 4 9 3a r ead j a c en t g en e sth a tshow edth el a r g e s tin c r e a s e sint r an s c r ip tl e v e l swh en c e l l sw e r eg rownw i thl im i t in gCO 6 9 0 -and5 3 0 fo ld ,r e sp e c 2( t i v e l y ; F i gu r e1A;T ab l eS 3 inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) .T r an s c r ip t l e v e l sfo rth e s eg en e sw e r ea l soe l e v a t edinN ,S ,andF e l im i t ed c e l l s( 4 to1 3 fo ld ) .P l im i t a t ionr e su l t ed ina low e rmRNA l e v e l fo r SYNPCC 7 0 0 2 _A 2 4 9 2andah i gh e r l e v e l fo rSYNPCC 7 0 0 2 _A 2 4 9 3 . H ow e v e r ,b e c au s e th enumb e ro fm app edr e ad s fo r th e s eg en e sw a s low , th e pv a lu e s fo r th e s ep a r t i cu l a rcomp a r i son sa r e lowand , thu s th equ a l i t yo fth ec a l cu l a t edr a t iov a lu e s i sun c e r t a in( s e eT ab l e sS 1 andS 2 inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) .T r an s c r ip t l e v e l s fo rth e s e two g en e sa l so in c r e a s eda f t e ra1 -he xpo su r etoh i gh l i gh to rd a r kn e s s Ludw i gandB r y an t ,2 0 1 1) .Acon s e r v eddom a inan a l y s i sshow ed ( th a tSYNPCC 7 0 0 2 _A 2 4 9 2i sanin t e g r a lm emb r an ep ro t e inw i th aP s iE(Pho sph a t e s t a r v a t ion indu c ib l eE )dom a in .Th ee xp r e s s iono fp s iEinE .c o l iin c r e a s eduponpho sph a t el im i t a t ionand c a rbons t a r v a t ion( K ime ta l . ,2 0 0 0) ;how e v e r , th efun c t iono fth i s p ro t e in i sun known .SYNPCC 7 0 0 2_A 2 4 9 3h a ss equ en c es im i l a r i t y toaC t e rm in a ldom a ino fM o -n i t ro g en a s eandcon t a in ss e v e r a l h i gh l ycon s e r v edC y sr e s idu e s .Th et r an s c r ip tom ed a t aob t a in ed h e r eandinou rp r e v iou ss tud y(Ludw i gandB r y an t ,2 0 1 1)show th a tC l im i t a t ionc au s edth el a r g e s tch an g e sint r an s c r ip t ionfo r SYNPCC 7 0 0 2 _A 2 4 9 2andSYNPCC 7 0 0 2_A 2 4 9 3 ,wh i chi ss im i l a rtor e su l t sob s e r v edinE .c o l iuponc a rbonl im i t a t ionfo rp s iE ( K ime ta l . ,2 0 0 0) . Un l i k eE .c o l i,pho sph a t edo e sno tapp e a rto b er e gu l a to ro fSYNPCC 7 0 0 2_A 2 4 9 2andSYNPCC 7 0 0 2 _A 2 4 9 3 in S yn e ch o c o c cu s7 0 0 2 . S yne cho co c cu st r an s c r ip tomeuponnu t r ien t l im i ta t ion h i gh l ysp e c ifi cfo rl im i t a t ionfo rasp e c ifi cnu t r i en t .F i gu r e2 summ a r i z e sch an g e so ft r an s c r ip tl e v e l sfo r CO con c en t r a t in g 2comp l e x e s ,fo rd i f f e r en tt r an spo r t e r s(b i c a rbon a t e ,ammon i a , n i t r a t e /n i t r i t e ,su l f a t e ,pho spho ru s ,andF ecompound s ) , fo rg en e s in v o l v edins id e ropho r eb io s yn th e s i sandinF e – Sc lu s t e ra s s em b l y .G en e r a l l y ,l im i t a t iono fag i v ennu t r i en tr e su l t sins t ron g l y in c r e a s edmRNA l e v e l s fo rg en e sen cod in gr e l a t ednu t r i en tup t a k e s y s t em s ;a mo r ed e t a i l edd e s c r ip t ioni sg i v eninth eS e c t ion“T e x t S 4inSupp l em en t a r yM a t e r i a l . ”Insom ec a s e sth e r ea r es e v e r a l up t a k em e ch an i sm sfo rsp e c ifi cnu t r i en t sshow in gd i f f e r en tr e gu l a t ionp a t t e rn s .S yn e ch o c o c cu s7 0 0 2 ,a sc y anob a c t e r i aing en e r a l , h a rbo r stwo CO2con c en t r a t in gcomp l e x e s , wh i cha r ed e r i v a t i v e so fth e NADHd eh yd ro g en a s ecomp l e x( B a t t ch i k o v ae ta l . , 2 0 1 0 ) ,acon s t i tu t i v eCO con c en t r a t in gcomp l e x( n dhD 4, n dhF 4, 2andcu pB )show in gs l i gh t l ylow e rt r an s c r ip tl e v e l supon CO 2l im i t a t ionandan indu c ib l eCO con c en t r a t in gcomp l e x( n dhD 3, 2n dhF 3,cu pAandcu p S ) ,who s e mRNAl e v e l sin c r e a s eds t ron g l y ( 9 -to1 6 fo ld ) wh enc e l l sa r eg rown w i thal im i t in gCO up 2s p l y(F i gu r e2;T ab l eS 3inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) .A sfound insom eo th e rc y anob a c t e r i a ,th eS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2g enom e en cod e sd i f f e r en tt yp e so fsu l f a t eup t a k es y s t em s( K e r t e s z ,2 0 0 1) . Ag en ec lu s t e rfo rasu l f a t eABCt r an spo r t e r(s b pA ,c y sT ,c y sW , ,andanadd i t ion a lORFSYNPCC 7 0 0 2 _A 0 7 9 6 ,s e eT e x tS 5 in c y sA Supp l em en t a r yM a t e r i a l )andasod ium / su l f a t es ympo r t e r( s a c 1 ) show eds t ron gin c r e a s e sint r an s c r ip tl e v e l sund e rS l im i t a t ion ( F i gu r e1C) , wh e r e a sth et r an s c r ip tl e v e lo fasu l f a t ep e rm e a s e ( SYNPCC 7 0 0 2 _A 2 4 2 4 )w a sabou t4 fo ld low e ruponS l im i t a t ion . Th e s ed a t asu g g e s tth a ta th i ghsu l f a t econ c en t r a t ion s ,asu l f a t e p e rm e a s eimpo r t ssu l f a t ein toc e l l s ,wh e r e a sa tlowsu l f a t econ c en t r a t ion san ATP -d r i v ens y s t em w i thh i gh e rb ind in ga ffin i t y andasod ium / su l f a t es ympo r t e rt a k eo v e rth i sro l e .Fu r th e r mo r e , th ed a t ashowth a tth e mo r een e r g y con sum in gABCt r an s po r t e ri ss t ron g l ydown r e gu l a t ed wh ensu l f a t ei sa v a i l ab l ein th em ed iuma tasu ffi c i en tl e v e l .Th i sfind in gi ssu rp r i s in gina w a y ,b e c au s eS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2i scon s id e r edtob ea m a r in e c y anob a c t e r iumandsu l f a t ei su su a l l yno tl im i t in gin m a r in e en v i ronm en t s . Th e r e fo r e ,th e s et r an s c r ip t iond a t asu g g e s tth a t S yn e ch o c o c cu s7 0 0 2h a sth eab i l i t ytoe a s i l ya c c l im a t etof r e shw a t e rh ab i t a t s ,inwh i chS l im i t a t ioni s mo r ecommon ,b yindu c in g ah i gh a ffin i t yup t a k es y s t em .Th i sm a ycon t r ibu t etoth eco s mopo l i t and i s t r ibu t iono fth i so r g an i sm ,wh i chh a sb e enfound in t emp e r a t ec l im a t e sa roundth ewo r ld( V anB a a l en ,1 9 6 2;R ipp k a e ta l . ,1 9 7 9 ) . TRANSCR IP T IONPRO F I L ESO FC E L LSGROW INGONR EDUC ED N I TROG ENSOURC ES S yn e ch o c o c cu s7 0 0 2c anu t i l i z eav a r i e t yo fo r g an i candino r g an i c n i t ro g encompound sa sN sou r c e sinadd i t ionton i t r a t e(K app e ta l . ,1 9 7 5 ) ,bu ti tc anno tr edu c ed in i t ro g en .S yn e ch o c o c cu s7 0 0 2 c e l l sw e r eg rown w i thn i t r a t e ,ammon i a ,o ru r e aa sN sou r c e s , andth eg lob a lt r an s c r ip tom e so fth e s ec e l l sw e r ecomp a r ed .U r e a i sh yd ro l y z edb yth en i c k e l con t a in in gen z ym e ,u r e a s e ,y i e ld in g ammon i aandCO S a k amo toandB r y an t ,2 0 0 1 ) .Ammon i ai s 2( th ecommonendp rodu c to fbo thn i t r a t e /n i t r i t er edu c t ionand th eh yd ro l y s i so fu r e a ,andi ti sth esub s t r a t efo rg lu t am in efo r SPEC I F ICRESPONSESO FG EN ESCOD INGFORUP TAK ESYS T EMS a t ionb yg lu t am in es yn th e t a s e ,wh i chc a t a l y z e sth em a jo rs t ep in A l thou ghsom et r an s c r ip t ionch an g e sw e r eob s e r v eddu r in gl im - m i aa s s im i l a t ionb yc e l l s( E i s enb e r ge ta l . ,2 0 0 0) .Comp a r ed i t a t ionfo r mu l t ip l enu t r i en t s ,m an yt r an s c r ip t ionch an g e sw e r e ammon www . f ron t ie r s in .o rg Ap r i l20 12 |V o lume3 |A r t i c le145 |9 Ludw igandB ry an t toth el a r g ech an g e sob s e r v eduponnu t r i en tl im i t a t ion ,d i f f e r en c e sing lob a lt r an s c r ip t ionp a t t e rn sw e r esu rp r i s in g l ym in im a l wh enS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2w a sg rown w i thd i f f e r en tN sou r c e s . Anin sp e c t iono fs c a t t e rp lo t sfo rth e s ecomp a r i son s(F i gu r e3) r e v e a l sth a tt r an s c r ip tl e v e l sfo ron l yaf ewg en e sch an g ed mo r e th an2 fo ld . Th i sv e r yh i ghs im i l a r i t yb e tw e enammon i a -and n i t r a t e g rownc e l l s i ssu rp r i s in g .F o re x amp l e , i th a sb e enr epo r t ed fo rS yn e ch o c o c cu ssp . WH8 1 0 2th a t mo r eth an3 0 0g en e sw e r e d i f f e r en t i a l l ye xp r e s s ed wh enc e l l sw e r eg rown w i thammon i a o rn i t r a t ea sN sou r c e(Sue ta l . ,2 0 0 6 ) .T r an s c r ip tabund an c e s F IGURE3|D i f fe ren ce sinthere la t ivet ran s c r ip tabundan ceincu l tu re s g rown w i thd i f fe ren tn i t rogensou r ce s .Thes c a t te rp lo t sshowthe re l a t i vet r an s c r ip tabund an ce so facu l tu reg rown w i th(A )ammon i aand (B )u re aa sn i t rogensou r cecomp a redtoacu l tu reg rown w i thn i t rogen .(C ) F ron t ie r sin M i c rob io logy| M i c rob i a lPh y s io log yand Me tabo l i sm S yne cho co c cu st r an s c r ip tomeuponnu t r ien t l im i ta t ion fo rc e l l sg rown w i thu r e aand w i thammon i aw e r es t r i k in g l y s im i l a r( F i gu r e3C) .Th e mRNAl e v e l so fg en e sen cod in gcom pon en t so fth epho to s y s t em s ,phy cob i l i som e s ,h em e / ch lo roph y l l b io s yn th e s i sp a thw a y ,andth epho to s yn th e t i ce l e c t ront r an spo r t ch a in ,wh i chcomp r i s eav e r y l a r g ep ropo r t iono fth eto t a l mRNA poo l ,d idno tch an g ea safun c t iono fth eN sou r c e(T ab l eS 3 inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) .H ow e v e r ,t r an s c r ip tl e v e l sfo rn b lA d e c r e a s ed3 fo ldwh enc e l l sw e r eg rownw i thammon i a(F i gu r e4) ; th i ssu g g e s t sth a tc e l l sg row in gonammon i ap rob ab l yh a v ea s l i gh t l yh i gh e rph y cob i l ip ro t e incon t en tth anc e l l sg row in gon Show sacomp a r i sono fthere l a t i vet r an s c r ip t le ve l s inacu l tu reg rown w i thu re aa sn i t rogensou r cecomp a redtoammon i a .Theg r a y l ine sg i ve 2 fo ldch ange s ine i the rd i re c t ion .Se le c tedgene sa re iden t ifiedb y n ame / lo cu stagnumbe r . Ap r i l20 12 |V o lume3 |A r t i c le145 |1 0 Ludw igandB ry an t F IGURE4|Ove rv iewove rtheregu la t ionpa t te rnfo rase le c t iono f ce l lu la rcomponen t s whenthecu l tu re wa sg rownond i f fe ren tn i t rogen sou r ce s .Th i sfigu reg i ve sano ve rv iewo fthet r an s c r ip t ionp a t te rn inre spon se tog row th w i thn i t r a te ,ammon i a ,andu re aa sn i t rogensou r ce .Thech ange so f n i t r a t e . Th i si scon s i s t en tw i ths tud i e ssu g g e s t in gth a tph y co b i l ip ro t e in sc anb eu s eda sas to r a g em a t e r i a lfo rr edu c edc a r bonandn i t ro g eninc y anob a c t e r i a(Bou s s ib aand R i chmond , 1 9 8 0 ) . A se xp e c t ed ,m a jo rch an g e sint r an s c r ip tl e v e l sw e r eob s e r v ed fo rg en e sin v o l v edinN -up t a k eand m e t abo l i sm( summ a r i z edin F i gu r e4) . Wh enc e l l sw e r eg rownw i thar edu c ed N sou r c e ,th e t r an s c r ip tl e v e l sfo rth eg en e sfo rn i t r a t e /n i t r i t ep e rm e a s e( n r tP) , a rB) ,andn i t r i t er edu c t a s e( n i rA)d e c r e a s ed5 n i t r a t er edu c t a s e(n to1 1 fo ld( s e ea l soF i gu r e s3A ,B) .Incon t r a s t ,t r an s c r ip t l e v e l so f www . f ron t ie r s in .o rg S yne cho co c cu st r an s c r ip tomeuponnu t r ien t l im i ta t ion there l a t i ve mRNA le ve l sa recomp a r i son so fammon i ao ru re a -g rowncu l tu re s toan i t r a te -g rowncu l tu reando fau re a -g rowncu l tu recomp a redtoacu l tu re g rown w i thammon i aa sn i t rogensou r ce .The ser a t io sa red i sp l a yedfo rgene s cod ingfo rase le c t iono fce l lu l a rfun c t ion s ,seeF igu re2. (m e th y l )ammon iumt r an spo r t e r s( SYNPCC 7 0 0 2 _A 1 0 7 0 ,SYN PCC 7 0 0 2 _A 2 7 5 4 ,SYNPCC 7 0 0 2 _A 2 2 0 8 )andah i gh a ffin i t yu r e a t r an spo r t e r( u r tA ,u r tB ,u r tC ,u r tD ,u r tE/ SYNPCC 7 0 0 2_A 0 3 9 5 A 0 3 9 8 ,SYNPCC 7 0 0 2 _A 1 6 2 7 ;M .Rom in eand M .S e r r e s ,p e r son a l commun i c a t ion )d idno tch an g es t ron g l ya sa fun c t iono fN sou r c e (T ab l eS 3 inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) .Th e s er e su l t sa r econ s i s t en t w i thth eknownp r e f e r en c eo fc y anob a c t e r i aando th e ro r g an i sm s fo rr edu c edN sou r c e s( F lo r e sandH e r r e ro ,1 9 9 4) .N i t r a t er edu c t ion i sen e r g e t i c a l l ye xp en s i v e ,andth i se i gh t e l e c t ronp ro c e s sc an con sum eupto3 0%o fth er edu c in gequ i v a l en t sp rodu c edb yth e Ap r i l20 12 |V o lume3 |A r t i c le145 |1 1 Ludw igandB ry an t pho to s yn th e t i cl i gh tr e a c t ion s(F lo r e se ta l . ,1 9 8 3;Oh a sh ie ta l . , 2 0 1 1 ) .U s in gr edu c edN sou r c e sa l low sc e l l stoch ann e lth e s ev a lu ab l er edu c in gequ i v a l en t stoCO edu c t ionando th e rr edu c t i v e 2r p ro c e s s e s .Th e mRNAl e v e l so fbo thg lu t am in es yn th e t a s eg en e s ( g lnAandg lnN) ,wh i chc a t a l y z eth efi x a t iono fammon i ab yfo r m a t iono fg lu t am in e f romg lu t am a t e ,w e r eun a f f e c t edb ych an g in g i gu r e4) ;N l im i t a t ion ,how e v e r ,r e su l t edins t ron g l y N sou r c e s(F in c r e a s ed mRNAl e v e l so ftho s eg en e s( F i gu r e2) .Th et r an s c r ip t abund an c e so fth eg en e sen cod in gu r e a s ew e r en e a r l ycon s t an t (T ab l eS 3 inSupp l em en t a r yM a t e r i a l ) ,wh i ch ind i c a t e sth a tu r e a s e i scon s t i tu t i v e l yp r e s en t in S yn e ch o c o c cu s7 0 0 2c e l l s . Comp a r edton i t r a t e g rownc e l l s ,t r an s c r ip t l e v e l sfo rth eCO2 con c en t r a t ionand fi x a t ion m e ch an i sm sin c r e a s eds e v e r a l fo ld wh enar edu c edN sou r c ew a sp ro v id ed(F i gu r e s3and4 ) .T r an s c r ip t sfo rth er b cL Sg en e sin c r e a s ed3 -to5 fo ld ,andth eg en e s en cod in gth es t ru c tu r a lsubun i t so fth ec a rbo x y som e sandth e c a rbon i canh yd r a s ein c r e a s ed1 . 5 -to4 fo ld ,bu tt r an s c r ip tl e v e l s fo rg en e sen cod in go th e ren z ym e so fth eCBBc y c l ew e r ee s s en t i a l l ycon s t an t .T r an s c r ip t sfo rth eindu c ib l eCO con c en t r a t in g 2comp l e x( n dhD 3,n dhD 4,cu pA ,andcu p S )andth esod ium b tA )in c r e a s edupto3 fo ld d ep end en tb i c a rbon a t et r an spo r t e r(s inc e l l sg rown w i thammon i ar a th e rth ann i t r a t e . Wh enc e l l s w e r eg rown w i thu r e a ,how e v e r ,on l yas l i gh tin c r e a s eint r an s c r ip tl e v e lw a sob s e r v edfo rs b tA ,andt r an s c r ip tl e v e l sfo rth e g en e sen cod in g th e indu c ib l eCO con c en t r a t in gm e ch an i smw e r e 2e s s en t i a l l yun ch an g ed . Wh ent r an s c r ip t l e v e l so fu r e a g rownc e l l s w e r ed i r e c t l ycomp a r edto l e v e l s inammon ium g rownc e l l s , t r an s c r ip tl e v e l sfo rr b cL S ,th e CO c o n c e n t r a t i n g m e c h a n i sm a n d 2 s b tAd e c r e a s ed∼1 . 5 -to2 . 5 fo ld .Th e s er e su l t sind i c a t eth a tc e l l s g rown w i thu r e ah a v ealow e rr equ i r em en tfo rCO ndb i c a r 2a bon a t eup t a k ecomp a r edtoc e l l sg rown w i thammon ium . An ob v iou se xp l an a t ioni sth a tth eCO2p rodu c edin t e rn a l l ydu r in g th eh yd ro l y s i so fu r e a l e s s en sth er equ i r em en tfo rup t a k eo fe x t e r n a lCO2/b i c a rbon a t e( M ob l e ye ta l . ,1 9 9 5) .In c r e a s edmRNA l e v e l s w e r ea l soob s e r v edfo rn dhD 2( c a .4 fo ld )andfo rth etwog en e s en cod in gfl a v op ro t e in s( 1 . 5 to2 fo ld )wh enc e l l sw e r eg rownw i th r edu c ed N sou r c e s .Th i scou ldb ear e su l to fe x c e s se l e c t ron sin tho s ec e l l scomp a r edtoacu l tu r eg rownw i thn i t r a t e ,s im i l a rto ob s e r v a t ion sd e s c r ib edabo v efo rc e l l sg rown w i thl im i t edCO2 supp l y . CONC LUS ION G lob a lt r an s c r ip t ionp rofi l e so fS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2inth i sin t e g r a t eds tud yshow edth a tth i sc y anob a c t e r ium h a s a com monr e spon s etol im i t a t ionfo ra l lm a c ronu t r i en t s(C ,N ,S ,P , F e ) .C e l l se xp e r i en c in gnu t r i en tl im i t a t iong lob a l l yr edu c et r an s c r ip tl e v e l sfo rth epho to s yn th e t i capp a r a tu s( i . e . ,pho to s y s t em s , S yne cho co c cu st r an s c r ip tomeuponnu t r ien t l im i ta t ion ph y cob i l ip ro t e in s ,e l e c t ron t r an spo r tcompon en t s ,andp i gm en t s ) , CO2con c en t r a t ionandfi x a t ion ,and th ep ro t e in s yn th e s i sm a ch in e r y .Th i sg en e r a ls t r a t e g yfo ra c c l im a t iontonu t r i en tl im i t a t ioni s p rob ab l yw id e l ycon s e r v edamon gc y anob a c t e r i a(S chw a r zand F o r chh amm e r ,2 0 0 5) . Nu t r i en t sp e c ifi ca c c l im a t iono fth eS yn e ch o c o c cu s7 0 0 2t r an s c r ip tom ew a sa l soob s e r v ed .Ing en e r a l ,th e s e r e spon s e s in c r e a s e th eup t a k em a ch in e r i e s fo r th e l im i t in gnu t r i en t ino rd e rtoenh an c eth esupp l yo fth a tnu t r i en t .Th et r an s c r ip t iond a t asu g g e s tth a tth esubun i tcompo s i t iono fth eT yp e I NADHd eh yd ro g en a s ecomp l e xch an g e sdu r in gnu t r i en tl im i t a t ion ; th i sch an g ecou lda l t e r th er a t ioo fp ro ton s t r an s lo c a t ed to th e p e r ip l a sm / th y l a k o id lum enp e rp a i ro fe l e c t ron st r an s f e r r edf rom NADHtop l a s toqu inon e .In c r e a s edt r an s c r ip t l e v e l s fo rtwofl a vo p ro t e in sund e rCO2l im i t in gcond i t ion ssu g g e s tth a to x y g en m a y b eu s eda sana l t e rn a t i v ee l e c t rona c c ep to r tor e l i e v eo v e r r edu c t ion o fpho to s yn th e t i ce l e c t ron t r an spo r tcompon en t s ,e sp e c i a l l ywh en CO2i s l im i t in g .T r an s c r ip t sfo ren z ym e sth a tcop ew i thRO S /RN S and i t sa f f e c t sw e r ep r e s en ta tr e l a t i v e l yh i gh l e v e l sund e rs t and a rd g row thcond i t ion sandd idno t in c r e a s edu r in gnu t r i en t l im i t a t ion o rh i gh l i gh ts t r e s s .Th et r an s c r ip t ionp rofi l e sfo rc e l l sg rownon d i f f e r en tN sou r c e sa g r e edw e l lw i thob s e r v a t ion sb a s edonp r e v iou sg row ths tud i e s( K appe ta l . ,1 9 7 5;S a k amo toe ta l . ,1 9 9 8 ) . R edu c edn i t ro g ensou r c e ssuppo r tg row thr a t e sth a ta r es i gn ifi c an t l yf a s t e rth antho s efo rn i t r a t e(doub l in gt im e so f2 . 6v e r su s 4h ) .S yn e ch o c o c cu s7 0 0 2e xh ib i t edanin c r e a s edd em andfo rCO 2 wh eng rownonr edu c edN sou r c e scomp a r edton i t r a t e ,andth e d em andfo r CO2 w a sh i gh e r wh enammon i aw a ssupp l i eda s N sou r c er a th e rth anu r e a ,wh i chp ro v id e sCO2uponh yd ro l y s i s . ACKNOW LEDGMENTS Th i ss tud yw a ssuppo r t edb yth eA i rF o r c eO ffi c eo fS c i en t ifi c R e s e a r ch(MUR IG r an tFA 9 5 5 0 0 5 1 0 3 6 5 ) .Th er e s e a r chw a s fu r th e rsuppo r t edb y th eG enom i cS c i en c eP ro g r am(G SP )o fth eU . S . D ep a r tm en to fEn e r g y(DOE ) ,O ffi c eo fB io lo g i c a landEn v i ron m en t a lR e s e a r ch(BER ) .Th i scon t r ibu t iono r i g in a t e s f rom th eG SP F ound a t ion a lS c i en t ifi cF o cu sA r e a(F SFA ) ,andB io fu e l sS c i en t ifi c F o cu sA r e a(B SFA )o fth eP a c ifi cN o r thw e s tN a t ion a lL abo r a to r y . W eg r e a t l ya c know l ed g eD r .C r a i gP r au landC and a c eP r i c efo r ad v i c eando v e r s i gh to fcDNAs equ en c in ginth eG enom i c sCo r e F a c i l i t y(Hu c kIn s t i tu t e sfo rth eL i f eS c i en c e s ,P ennS t a t eUn i v e r s i t y ) ,andD r .Zh en f en gL iuh e lp fu ld i s cu s s ion scon c e rn in g th ed a t a p ro c e s s in gp ip e l in e . SUPP LEMENTARY MA TER IA L Th eSupp l em en t a r yM a t e r i a l fo r th i sa r t i c l ec anb e foundon l in ea t : h t tp : / /www . f ron t i e r s in .o r g /M i c rob i a l _Ph y s io lo g y _ and _M e t abo l i sm / 1 0 . 3 3 8 9 / fm i cb . 2 0 1 2 . 0 0 1 4 5 / ab s t r a c t RE F ER ENC ES a i e r ,K . ,L ehm ann ,H . ,S t eph an ,D . P ro t eob a c t e r i a :th e i rfun c t ion a ls i g - B N o r th en ,T .R .( 2 0 1 0 ) .M e t abo l i t e And e r son ,S .L . , and M c In to sh ,L . P . ,andLo c k au ,W .( 2 0 0 4 ) . Nb lAi s n ifi c an c e inr e l a t iontoCO 2a cqu i s i id en t ifi c a t ioninS yn e ch o c o c cu ssp . ( 1 9 9 1 ) . L i gh t a c t i v a t ed h e t e ro e s s en t i a lfo rph y cob i l i som ed e g r a t ionb y th eCBBc y c l e .J .E x p .B o t .5 9 , PCC7 0 0 2u s in gun t a r g e t eds t ab l e t roph i cg row th o fth ec y anob a c d a t ioninA n a b a en asp .s t r a inPCC 1 5 2 5 – 1 5 4 1 . i so top ea s s i s t edm e t abo l i t ep rofi l in g . t e r iumS yn e ch o c y s t i ssp .s t r a inPCC B 7 1 2 0bu t no tfo rd e v e lopm en to f ad g e r ,M .R . ,andP r i c e ,G .D .( 2 0 0 3 ) . A n a l .Ch em .8 2 ,9 0 3 4– 9 0 4 2 . c en t r a t in gm e ch an i sm sin 6 8 0 3 :ab lu e l i gh t r equ i r in gp ro c e s s . i c r o b i o l o g y B fun c t ion a lh e t e ro c y s t s .M CO2 con a r k e r -A s t rom ,K . ,S ch e l in ,J . ,Gu s t a f s c y anob a c t e r i a : mo l e cu l a r compo J .B a c t e r i o l .1 7 3 ,2 7 6 1 – 2 7 6 7 . 1 5 0 ,2 7 3 9– 2 7 4 9 . son ,P . ,C l a r k e ,A .K . ,and C amp n en t s ,th e i rd i v e r s i t yande v o lu t ion . B B ad g e r , M . R . , and B e k , E .J . a r an ,R . ,Bow en ,B .P . ,Bou s k i l l ,N .J . , b e l l ,D .A .( 2 0 0 5 ) . Ch lo ro s i sdu r J .E x p .B o t .5 4 ,6 0 9 – 6 2 2 . ( 2 0 0 8 ) .M u l t ip l e Rub i s cofo rm sin B rod i e ,E .L . ,Y annon e ,S .M . ,and in gn i t ro g ens t a r v a t ioni sa l t e r edb y F ron t ie r sin M i c rob io logy| M i c rob i a lPh y s io log yand Me tabo l i sm Ap r i l20 12 |V o lume3 |A r t i c le145 |12 Ludw igandB ry an t c a rbond io x id eand t emp e r a tu r es t a tu sandi sm ed i a t edb yth eC lpP 1 p ro t e a s einS yn e ch o c o c cu se l on g a tu s . A r ch .M i c r o b i o l .1 8 3 ,6 6 – 6 9 . B a t t ch i k o v a ,N . ,E i s enhu t ,M . ,andA ro , E .M .( 2 0 1 0 ) .C y anob a c t e r i a lNDH 1 comp l e x e s : no v e lin s i gh t s and r em a in in g pu z z l e s .B i o ch im .B i o ph y s .A c t a .1 8 0 7 ,9 3 5 – 9 4 4 . B a t t e r ton ,J .C .J r . ,and V an B a a l en , C .( 1 9 7 1 ) . G row th r e spon s e so f b lu e g r e ena l g a etosod iumch lo r id e con c en t r a t ion .A r ch .M i k r o b i o l .7 6 , 1 5 1 – 1 6 5 . B enn e t t e ,N .B . ,En g , J .F . ,andD i smu k e s , G . C .( 2 0 1 1 ) . An LC -M S -b a s ed ch em i c a landan a l y t i c a lm e thodfo r t a r g e t ed m e t abo l i t e qu an t ifi c a t ion inth e mod e lc y anob a c t e r iumS yn e ch o c o c cu ssp .PCC7 0 0 2 .A n a l .Ch em . 8 3 ,3 8 0 8 – 3 8 1 6 . B e rm an -F r an k ,I . , Lund g r en ,P . ,and F a l k ow s k i ,P .( 2 0 0 3 ) .N i t ro g enfi x a t ionandpho to s yn th e t i co x y g ene v o lu t ioninc y anob a c t e r i a .R e s .M i c r o b i o l .1 5 4 ,1 5 7 – 1 6 4 . B i en e r t ,R . ,B a i e r ,K . ,V o l km e r ,R . , Lo c k au , W . , and H e in em ann ,U . ( 2 0 0 6 ) .C r y s t a ls t ru c tu r eo f Nb lA f romA n a b a en a sp . PCC 7 1 2 0 ,a sm a l lp ro t e inp l a y in gak e yro l ein ph y cob i l i som ed e g r ad a t ion .J .B i o l . Ch em .2 8 1 ,5 2 1 6 – 5 2 2 3 . Bo t tom l e y ,P .J . ,andv an B a a l en ,C . ( 1 9 7 8 ) . D a r kh e x o s e m e t abo l i sm b y pho to au to t roph i c a l l y and h e t e ro t roph i c a l l yg rownc e l l so fth e b lu e g r e en a l g a( c y anob a c t e r ium ) N o s t o c sp .s t r a in M a c .J .B a c t e r i o l . 1 3 5 ,8 8 8 – 8 9 4 . Bou s s ib a ,S . , and R i chmond ,A .E . ( 1 9 8 0 ) .C -Ph y co c y an ina sas to r a g e p ro t e ininth eb lu e g r e ena l g aS p i r u l in ap l a t en s i s.A r ch .M i c r o b i o l .1 2 5 , 1 4 3 – 1 4 7 . C ampb e l l ,E .L . , Summ e r s , M .L . , Ch r i s tm an ,H . ,M a r t in ,M .E . ,and M e e k s ,J .C .( 2 0 0 7 ) .G lob a lg en e e xp r e s s ionp a t t e rn so fN o s t o cpun c t i f o rm eins t e ad y s t a t ed in i t ro g en g rown h e t e ro c y s t con t a in in g cu l tu r e sanda ts in g l et im epo in t sdu r in gth ed i f f e r en t i a t iono fa k in e t e s andho rmo gon i a .J .B a c t e r i o l .1 8 9 , 5 2 4 7 – 5 2 5 6 . C annon ,G .C . , H e inho r s t ,S . , and K e r f e ld ,C .A .( 2 0 1 0 ) .C a rbo x y so m a lc a rbon i canh yd r a s e s :s t ru c tu r e andro l ein m i c rob i a l CO 2fi x a t ion .B i o ch im .B i o ph y s .A c t a1 8 0 4 , 3 8 2 – 3 9 2 . Ch r i s tm an ,H .D . ,C ampb e l l ,E .L . ,and M e e k s ,J .C .( 2 0 1 1 ) .G lob a lt r an s c r ip t ion p rofi l e so fth en i t ro g en s t r e s sr e spon s er e su l t in ginh e t e ro c y s to rho rmo gon iumd e v e lopm en t inN o s t o cpun c t i f o rm e.J .B a c t e r i o l . 1 9 3 ,6 8 7 4 – 6 8 8 6 . www . f ron t ie r s in .o rg S yne cho co c cu st r an s c r ip tomeuponnu t r ien t l im i ta t ion Co l l i e r ,J .L . , and G ro s sm an ,A .R . ( 1 9 9 2 ) .Ch lo ro s i sindu c edb ynu t r i en td ep r i v a t ioninS yn e ch o c o c cu ssp . s t r a in PCC 7 9 4 2 : no ta l lb l e a ch in gi sth es am e .J .B a c t e r i o l .1 7 4 , 4 7 1 8 – 4 7 2 6 . Co l l i e r ,J .L . , and G ro s sm an ,A .R . ( 1 9 9 4 ) .Asm a l lpo l yp ep t id et r i g g e r s comp l e t e d e g r ad a t ion o fl i gh t h a r v e s t in g ph y cob i l ip ro t e in s in nu t r i en t -d ep r i v ed c y anob a c t e r i a . EMBOJ .1 3 ,1 0 3 9 – 1 0 4 7 . C r am e r ,W .A . ,Y an , J . ,Zh an g ,H . ,K u r i su , G . ,andSm i th ,J .L .( 2 0 0 5 ) .S t ru c comp l e x : tu r eo fth ec y to ch rom eb6f n ewp ro s th e t i cg roup s ,Q sp a c e ,and th e‘ho r sd ’o eu v r e sh ypo th e s i s ’fo r a s s emb l yo fth ecomp l e x .Ph o t o s yn . R e s .8 5 ,1 3 3 – 1 4 3 . E f r emo v , R . G . , and S a z ano v ,L . A .( 2 0 1 1 ) .R e sp i r a to r ycomp l e xI : ‘ s t e amen g in e ’o fth ec e l l ? C u r r .O p in . S t ru c t .B i o l .2 1 ,5 3 2 – 5 4 0 . Eh i r a ,S . , Ohmo r i ,M . ,andS a to ,N . ( 2 0 0 3 ) . G enom e -w id ee xp r e s s ion an a l y s i so fth er e spon s e ston i t ro g end ep r i v a t ioninth eh e t e ro c y s t fo rm in gc y anob a c t e r iumA n a b a en a sp .s t r a inPCC7 1 2 0 .DNAR e s .1 0 , 9 7 – 1 1 3 . E i l e r ,A .( 2 0 0 6 ) .E v id en c efo rth eub iq u i t yo fm i x o t roph i cb a c t e r i ainth e upp e ro c e an :imp l i c a t ion sandcon s equ en c e s .A p p l .En v i r on .M i c r o b i o l . 7 2 ,7 4 3 1 – 7 4 3 7 . E i s enb e r g ,D . ,G i l l ,H .S . ,Pflu e g l ,G . M . , and Ro t s t e in ,S . H .( 2 0 0 0 ) . S t ru c tu r e fun c t ion r e l a t ion sh ip s o fg lu t am in es yn th e t a s e s . B i o ch im . B i o ph y s . A c t a 1 4 7 7 , 1 2 2 – 1 4 5 . E i s enhu t , M . ,V on W ob e s e r ,E .A . , J on a s ,L . ,S chub e r t , H . ,Ib e l in g s , B .W . ,B auw e ,H . ,M a t th i j s ,H .C . , and H a g em ann ,M .( 2 0 0 7 ) .Lon g t e rmr e spon s etow a rd ino r g an i cc a r bonl im i t a t ionin w i ldt yp e and g l y co l a t etu rno v e r mu t an t so fth e c y anob a c t e r ium S yn e ch o c y s t i s sp . s t r a inPCC6 8 0 3 .P l an tPh y s i o l .1 4 4 , 1 9 4 6 – 1 9 5 9 . E sp i e , G .S . , and K imb e r , M .S . ( 2 0 1 1 ) .C a rbo x y som e s :c y anob a c t e r i a lRub i sCOcom e sinsm a l lp a c k a g e s .Ph o t o s yn .R e s .1 0 9 ,7– 2 0 . F lo r e s ,E . ,Gu e r r e ro ,M .G . ,andLo s ad a , M .( 1 9 8 3 ) . Pho to s yn th e t i cn a tu r e o fn i t r a t eup t a k eandr edu c t ionin th ec y anob a c t e r iumA n a c y s t i sn i du .B i o ch im .B i o ph y s .A c t a7 2 2 , l an s 4 0 8 – 4 1 6 . F lo r e s ,E . , and H e r r e ro ,A .( 1 9 9 4 ) . “A s s im i l a to r y n i t ro g en m e t abo l i sm andi t sr e gu l a t ion , ”inTh e M o l e cu l a rB i o l o g yo fC y an o b a c t e ,ed .D .A .B r y an t(Do rd r e ch t : r i a K luw e r A c ad em i c Pub l i sh e r s ) , 4 8 7 – 5 1 7 . F r i g a a rd , N . U . ,S a ku r a g i ,Y . , and B r y an t ,D .A .( 2 0 0 4 ) .G en ein a c t i v a t ioninth ec y anob a c t e r iumS yn e . PCC 7 0 0 2 andth e ch o c o c cu ssp g r e ensu l fu rb a c t e r iumCh l o r o b ium t e p i dumu s in ginv i t ro -m ad e DNA con s t ru c t s and n a tu r a lt r an s fo r m a t ion . M e th o d s M o l .B i o l . 2 7 4 , 3 2 5– 3 4 0 . F romm e ,P . ,andG ro t joh ann ,I .( 2 0 0 8 ) . S t ru c tu r eo f pho to s y s t em sI and I I .R e su l t sP r o b l .C e l lD i f f e r .4 5 , 3 3– 7 2 . G i l l ,R .T . ,K a t sou l a k i s ,E . ,S chm i t t , W . ,T a ron ch e r -O ld enbu r g ,G . ,M i s r a , J . ,andS t eph anopou lo s ,G .( 2 0 0 2 ) . G enom e -w id ed yn am i ct r an s c r ip t ion a lp rofi l in go f th el i gh t to d a r kt r an s i t ioninS yn e ch o c y s t i ssp . s t r a inPCC6 8 0 3 .J .B a c t e r i o l .1 8 4 , 3 6 7 1– 3 6 8 1 . G io rd ano ,M . ,N o r i c i ,A . ,and H e l l ,R . ( 2 0 0 5 ) .Su l fu randph y top l an k ton : a cqu i s i t ion ,m e t abo l i smandimp a c t onth een v i ronm en t .N ew Ph y t o l . 1 6 6 ,3 7 1– 3 8 2 . Gu i ld fo rd ,S .J . , and H e c k y ,R .E . ( 2 0 0 0 ) .T o t a ln i t ro g en ,to t a lpho s pho ru s ,andnu t r i en tl im i t a t ionin l a k e sando c e an s : i sth e r eacommon r e l a t ion sh ip ?L imn o l .O c e an o g r .4 5 , 1 2 1 3– 1 2 2 3 . H a c k enb e r g , C . , En g e lh a rd t , A . , M a t th i j s ,H .C . ,W i t t in k ,F . ,B auw e , H . ,K ap l an ,A . , and H a g em ann , M .( 2 0 0 9 ) . Pho to r e sp i r a to r y2 pho spho g l y co l a t e m e t abo l i smand e r a t e pho to r edu c t ion o f O2 coop inh i gh l i gh ta c c l im a t iono fS yn e ch o c y s t i ssp .s t r a inPCC6 8 0 3 .P l an t a 2 3 0 ,6 2 5– 6 3 7 . H a v au x , M . , Gu ed en e y ,G . ,H e ,Q . , and G ro s sm an ,A .R .( 2 0 0 3 ) .E l im in a t ion o f h i gh l i gh t indu c ib l e po l yp ep t id e sr e l a t edtoeu k a r yo t i c ch lo roph y l l a/ b-b ind in gp ro t e in s r e su l t sin ab e r r an t pho to a c c l im a yn e ch o c y s t i s PCC 6 8 0 3 . t ion in S B i o ch im . B i o ph y s . A c t a 1 5 5 7 , 2 1– 3 3 . H e , Q . , Do l g ano v , N . , B jo r km an , O . ,and G ro s sm an ,A .R .( 2 0 0 1 ) . Th eh i ghl i gh t indu c ib l epo l yp ep t id e s in S yn e ch o c y s t i s PCC 6 8 0 3 . E xp r e s s ion and fun c t ion in h i gh l i gh t .J .B i o l . Ch em .2 7 6 , 3 0 6– 3 1 4 . H e lm an ,Y . ,T ch e rno v ,D . ,R e inho ld ,L . , Sh ib a t a ,M . ,O g aw a ,T . ,S chw a r z ,R . , Oh ad ,I . ,and K ap l an ,A .( 2 0 0 3 ) . G en e s en cod in gA t yp efl a vop ro t e in sa r ee s s en t i a lfo rpho to r edu c nc y anob a c t e r i a .C u r r . t iono fO 2i B i o l .1 3 ,2 3 0– 2 3 5 . H ih a r a , Y . , K am e i , A . , K an eh i s a , M . ,K ap l an ,A . ,andI k eu ch i , M . ( 2 0 0 1 ) . DNA m i c ro a r r a y an a l y s i s o fc y anob a c t e r i a lg en ee xp r e s s ion du r in ga c c l im a t ionto h i ghl i gh t . P l an tC e l l1 3 ,7 9 3– 8 0 6 . H o lm e r , M . , and S to r kho lm , P . ( 2 0 0 1 ) . Su lph a t er edu c t ion and su lphu r c y c l in g in l a k es ed i m en t s :ar e v i ew .F r e shw .B i o l .4 6 , 4 3 1– 4 5 1 . I to ,Y . ,andBu t l e r ,A .( 2 0 0 5 ) .S t ru c tu r e o fs yn e chob a c t in s ,n ews id e ropho r e s yn e o fth em a r in ec y anob a c t e r iumS ch o c o c cu ssp . PCC 7 0 0 2 .L imn o l . O c e an o g r .5 0 ,1 9 1 8– 1 9 2 3 . K app ,R . ,S t e v en s ,S .E .J r . ,andF o x , J .L .( 1 9 7 5 ) . Asu r v e yo fa v a i l ab l e n i t ro g ensou r c e sfo rg row tho fth e b lu e g r e ena l g a ,A gm en e l lumqu a d ru p l i c a tum .A r ch . M i c r o b i o l .1 0 4 , 1 3 5– 1 3 8 . K a r r ad t ,A . ,Sob an s k i ,J . , M a t tow ,J . , Lo c k au ,W . ,and B a i e r ,K .( 2 0 0 8 ) . Nb lA ,a k e yp ro t e in o f ph y cob i l i som ed e g r ad a t ion ,in t e r a c t sw i th C lpC ,a H SP 1 0 0ch ap e ron ep a r tn e r . o fac y anob a c t e r i a lC lpp ro t e a s e .J B i o l .Ch em .2 8 3 ,3 2 3 9 4– 3 2 4 0 3 . K e r t e s z ,M .A .( 2 0 0 1 ) .B a c t e r i a lt r an s po r t e r sfo rsu l f a t eando r g ano su l fu rcompound s .R e s .M i c r o b i o l .1 5 2 , 2 7 9– 2 9 0 . K i l i an ,O . ,S t eunou ,A .S . ,G ro s sm an , A .R . , and Bh a y a ,D .( 2 0 0 8 ) .A no v e ltwodom a in fu s ionp ro t e inin c y anob a c t e r i aw i ths im i l a r i t ytoth e CAB /EL IP /HL IPsup e r f am i l y :e vo lu t ion a r yimp l i c a t ion sandr e gu l a o l .P l an t1 ,1 5 5– 1 6 6 . t ion .M K im ,S .K . ,K imu r a ,S . , Sh in a g aw a , H . ,N a k a t a ,A . ,L e e ,K .S . , W an n e r ,B .L . ,and M a k ino ,K .( 2 0 0 0 ) . Du a lt r an s c r ip t ion a lr e gu l a t ion o f th eE s ch e r i ch i ac o l i pho sph a t e s t a r v a t ion indu c ib l ep s iEg en eo f th e pho sph a t er e gu lonb yPhoBandth e c y c l i cAMP( cAMP ) cAMPr e c ep to r p ro t e incomp l e x .J .B a c t e r i o l .1 8 2 , 5 5 9 6– 5 5 9 9 . K inn e y ,J .N . ,A x en ,S .D . ,andK e r f e ld , C .A .( 2 0 1 1 ) . Comp a r a t i v ean a l y s i so fc a rbo x y som esh e l lp ro t e in s . Ph o t o s yn .R e s .1 0 9 ,2 1– 3 2 . K o rn a s ,A . ,K u zn i a k ,E . ,S l e s a k ,I . ,and M i s z a l s k i ,Z .( 2 0 1 0 ) . Th ek e yro l e o fth er edo xs t a tu sinr e gu l a t ion o fm e t abo l i smin pho to s yn th e s i z in go r g an i sm s . A c t aB i o ch im .P o l .5 7 , 1 4 3– 1 5 1 . L amb e r t ,D .H . ,andS t e v en s ,S .E .J r . ( 1 9 8 6 ) .Pho toh e t e ro t roph i cg row th o fA gm en e l lumqu a d ru p l i c a tumPR 6 .J .B a c t e r i o l .1 6 5 ,6 5 4– 6 5 6 . L a t ifi ,A . ,Ru i z ,M . ,andZh an g ,C .C . ( 2 0 0 9 ) .O x id a t i v e s t r e s s inc y anob a c S M i c r o b i o l . R e v .3 3 , t e r i a . FEM 2 5 8– 2 7 8 . L i ,H . ,andDu rb in ,R .( 2 0 0 9 ) .F a s tand a c cu r a t esho r tr e ada l i gnm en tw i th Bu r row s -Wh e e l e rt r an s fo rm .B i o in 5 ,1 7 5 4– 1 7 6 0 . f o rm a t i c s2 Ap r i l20 12 |V o lume3 |A r t i c le145 |13 Ludw igandB ry an t Ludw i g , M . , and B r y an t , D . A . ( 2 0 1 1 ) .T r an s c r ip t ion p rofi l in go f th e mod e lc y anob a c t e r iumS yn e ch o c o c cu s sp .s t r a in PCC 7 0 0 2 b yN e x tG en( SOL iD™ )s equ en c in g o f cDNA .F r on t . M i c r o b i o l .2 : 4 1 . do i : 1 0 . 3 3 8 9 / fm i cb . 2 0 1 1 . 0 0 0 4 1 M a l a kho v ,M .P . ,M a l a kho v a ,O .A . ,and M u r a t a ,N .( 1 9 9 9 ) .B a l an c edr e gu l a t iono fe xp r e s s iono fth eg en efo r ndth a to fg en e s c y to ch rom ec M a fo rp l a s to c y an in and c y to ch rom e nS yn e ch o c y s t i s .FEB SL e t t .4 4 4 , c 6i 2 8 1 – 2 8 4 . M ob l e y , H .L . ,I s l and , M . D . , and H au s in g e r ,R .P .( 1 9 9 5 ) .M o l e cu l a r b io lo g yo fm i c rob i a lu r e a s e s .M i c r o b i o l .R e v .5 9 ,4 5 1 – 4 8 0 . M on t an e , M . H . , and K lopp s t e ch , K .( 2 0 0 0 ) . Th ef am i l yo fl i gh t h a r v e s t in g r e l a t edp ro t e in s(LHC s , EL IP s ,HL IP s ) :w a sth eh a r v e s t in go f en e l i gh tth e i rp r im a r yfun c t ion ?G 2 5 8 ,1 – 8 . M un e k a g e ,Y . ,H o jo , M . , M eu r e r ,J . , Endo ,T . ,T a s a k a ,M . ,andSh i k an a i , T .( 2 0 0 2 ) .PGR 5 i s in v o l v ed inc y c l i c e l e c t ronflowa roundpho to s y s t emI andi se s s en t i a lfo rpho top ro t e c t ion A r a b i d o p s i s. C e l l1 1 0 ,3 6 1 – 3 7 1 . in N odop ,A . ,P i e t s ch ,D . ,H o c k e r ,R . , B e c k e r ,A . ,P i s to r iu s ,E .K . ,F o r ch h amm e r ,K . , and M i ch e l ,K .P . ( 2 0 0 8 ) .T r an s c r ip tp rofi l in gr e v e a l s n ew in s i gh t s in to th ea c c l im a t iono fth em e soph i l i cf r e sh -w a t e r c y anob a c t e r iumS yn e ch o c o c cu se l on g a tu sPCC7 9 4 2toi rons t a r v a t ion . P l an tPh y s i o l .1 4 7 ,7 4 7 – 7 6 3 . N omu r a ,C .T . ,P e r s son ,S . ,Sh en ,G . , Inou e S a k amo to ,K . ,andB r y an t ,D . A .( 2 0 0 6 a ) .Ch a r a c t e r i z a t iono ftwo c y to ch rom eo x id a s eop e ron sinth e m a r in ec y anob a c t e r iumS yn e ch o c o c cu ssp . PCC7 0 0 2 :in a c t i v a t iono f c t aD Ia f f e c t sth eP SI :P SI Ir a t io . Ph o t o s yn .R e s .8 7 ,2 1 5 – 2 2 8 . N omu r a ,C .T . ,S a k amo to ,T . , and B r y an t ,D .A .( 2 0 0 6b ) . Ro l e sfo r h em e copp e ro x id a s e sine x t r em e h i gh l i gh t and o x id a t i v es t r e s s r e spon s e in th ec y anob a c t e r ium S yn e ch o c o c cu ssp .PCC7 0 0 2 .A r ch . M i c r o b i o l .1 8 5 ,4 7 1 – 4 7 9 . O g aw a , T . , and M i , H .( 2 0 0 7 ) . C y anob a c t e r i a lNADPHd eh yd ro g e n a s ecomp l e x e s .Ph o t o s yn .R e s .9 3 , 6 9– 7 7 . Oh a sh i ,Y . , Sh i , W . , T a k a t an i , N . , A i ch i ,M . ,M a ed a ,S . ,W a t an ab e ,S . , Y o sh i k aw a ,H . ,andOm a t a ,T .( 2 0 1 1 ) . R e gu l a t ion o fn i t r a t ea s s im i l a t ion inc y anob a c t e r i a .J .E x p .B o t .6 2 , 1 4 1 1 – 1 4 2 4 . O s an a i ,T . ,Im amu r a ,S . ,A s a y am a ,M . , Sh i r a i ,M . ,Su zu k i ,I . ,M u r a t a ,N . , and T an a k a ,K .( 2 0 0 6 ) .N i t ro g en indu c t ion o fsu g a rc a t abo l i cg en e S yne cho co c cu st r an s c r ip tomeuponnu t r ien t l im i ta t ion e xp r e s s ioninS yn e ch o c y s t i ssp .PCC e s .1 3 ,1 8 5 – 1 9 5 . 6 8 0 3 .DNAR O s t row s k i ,M . ,M a z a rd ,S . ,T e tu ,S .G . , Ph i l l ipp y ,K . ,J ohn son ,A . ,P a l en i k , B . ,P au l s en ,I .T . ,andS c an l an ,D .J . ( 2 0 1 0 ) .P t rAi sr equ i r edfo rcoo rd i n a t er e gu l a t iono fg en ee xp r e s s ion du r in gpho sph a t es t r e s sina m a r in e S yn e ch o c o c cu s . I SMEJ .4 ,9 0 8– 9 2 1 . R i ch aud ,C . ,Z abu lon ,G . ,Jod e r ,A . , and Thom a s ,J .C .( 2 0 0 1 ) .N i t ro g en o rsu l fu rs t a r v a t ion d i f f e r en t i a l l ya f f e c t sph y cob i l i som ed e g r ad a t ionande xp r e s s iono fth en b lAg en e inS yn e ch o c y s t i ss t r a inPCC6 8 0 3 .J . 8 3 ,2 9 8 9 – 2 9 9 4 . B a c t e r i o l .1 R ipp k a ,R . ,D e ru e l l e s ,J . ,W a t e rbu r y ,J . B . ,H e rdm an ,M . ,andS t an i e r ,R .Y . ( 1 9 7 9 ) .G en e r i ca s s i gnm en t s ,s t r a in h i s to r i e sandp rop e r t i e so fpu r ecu l tu r e so fc y anob a c t e r i a . J .G en .M i c r o b i o l .1 1 1 ,1 . S a k amo to ,T . ,andB r y an t ,D .A .( 1 9 9 8 ) . G row tha tlowt emp e r a tu r ec au s e s n i t ro g en l im i t a t ion inth ec y anob a c yn e ch o c o c cu ssp .PCC7 0 0 2 . t e r iumS A r ch .M i c r o b i o l .1 6 9 ,1 0 – 1 9 . S a k amo to ,T . ,andB r y an t ,D .A .( 2 0 0 1 ) . R equ i r em en to fn i c k e la sane s s en t i a lm i c ronu t r i en tfo rth eu t i l i z a t ion o fu r e ainth em a r in ec y anob a c t e r iumS yn e ch o c o c cu ssp .PCC7 0 0 2 . M i c r o b e sEn v i r on .1 6 ,1 7 7– 1 8 4 . S a k amo to ,T . , D e l g a i zo ,V .B . , and B r y an t ,D .A .( 1 9 9 8 ) .G row th on u r e ac ant r i g g e rd e a thandp e ro x i d a t iono fth ec y anob a c t e r iumS yn e l . .s t r a inPCC7 0 0 2 .A pp ch o c o c cu ssp v i r on .M i c r o b i o l .6 4 ,2 3 6 1– 2 3 6 6 . En S a to ,N . , Ohmo r i , M . ,I k eu ch i , M . , T a sh i ro ,K . ,W o l k ,C .P . ,K an e k o ,T . , O k ad a ,K . ,T su zu k i ,M . ,Eh i r a ,S . , K a toh ,H . ,O k amo to ,S . ,Y o sh imu r a , H . ,Fu j i s aw a ,T . ,K am e i ,A . ,Y o sh i h a r a ,S . ,N a r i k aw a ,R . ,H am ano ,T . , T ab a t a ,S . ,and K uh a r a ,S .( 2 0 0 4 ) . U s eo fs e gm en t -b a s ed m i c ro a r r a y in th e an a l y s i so fg lob a lg en e e xp r e s s ion in r e spon s e to v a r i ou sen v i ronm en t a ls t r e s s e sinth e c y anob a c t e r iumA n a b a en asp .PCC 7 1 2 0 .J .G en .A p p l . M i c r o b i o l .5 0 , 1 – 8 . S chw a r z ,D . ,N odop ,A . , Hu g e ,J . ,Pu r fu r s t ,S . ,F o r chh amm e r ,K . ,M i ch e l , K .P . ,B auw e ,H . ,K op k a ,J . ,and H a g em ann , M .( 2 0 1 1 ) . M e t abo l i c andt r an s c r ip tom i cph eno t yp in go f ino r g an i cc a rbona c c l im a t ioninth e c y anob a c t e r iumS yn e ch o c o c cu se l on g a tu sPCC7 9 4 2 .P l an tPh y s i o l .1 5 5 , 1 6 4 0 – 1 6 5 5 . S chw a r z ,R . , and F o r chh amm e r ,K . ( 2 0 0 5 ) .A c c l im a t ion o f un i c e l lu l a r c y anob a c t e r i a to m a c ronu t r i en t d efi c i en c y :em e r g en c eo facomp l e x n e two r k o f c e l lu l a r r e spon s e s . M i c r o b i o l o g y1 5 1 ,2 5 0 3 – 2 5 1 4 . F ron t ie r sin M i c rob io logy| M i c rob i a lPh y s io log yand Me tabo l i sm S co t t ,N .L . ,X u ,Y . ,Sh en ,G . ,V u l e t i ch , D .A . ,F a l zon e ,C .J . ,L i ,Z . ,Ludw i g , M . ,P ond ,M .P . ,P r e im e sb e r g e r ,M . R . ,B r y an t ,D .A . ,andL e com t e ,J . T .( 2 0 1 0 ) .Fun c t ion a lands t ru c tu r a l ch a r a c t e r i z a t iono fth e2 / 2h emo g lob inf romS yn e ch o c o c cu ssp .PCC i o ch em i s t r y4 9 ,7 0 0 0– 7 0 1 1 . 7 0 0 2 .B S e e f e ld t ,L .C . ,H o f fm an ,B .M . ,and D e an ,D .R .( 2 0 0 9 ) .M e ch an i smo f M o -d ep end en tn i t ro g en a s e . A nnu . R e v .B i o ch em .7 8 ,7 0 1– 7 2 2 . Sh co ln i c k ,S . ,Summ e rfi e ld ,T .C . ,R e y t m an ,L . , Sh e rm an ,L . A . , and K e r en ,N .( 2 0 0 9 ) . Th em e ch an i sm o fi ronhom eo s t a s i sinth eun i c e l lu l a rc y anob a c t e r iumS yn e ch o c y s t i s sp .PCC6 8 0 3andi t sr e l a t ion sh ip too x id a t i v es t r e s s .P l an tPh y s i o l1 5 0 , 2 0 4 5– 2 0 5 6 . Shu v a lo v , V . A . , A l l a kh v e rd i e v ,S . I . ,S a k amo to ,A . , M a l a kho v , M . , and M u r a t a , N .( 2 0 0 1 ) . Op t i c a l o rm a t ion s tud yo fc y to ch rom ec M f inS yn e ch o c y s t i s .IUBMB L i f e5 1 , 9 3– 9 7 . S in gh ,A .K . ,M c in t y r e ,L .M . ,andSh e r m an ,L .A .( 2 0 0 3 ) .M i c ro a r r a yan a l y s i so fth eg enom e -w id er e spon s eto i rond efi c i en c yandi ronr e con s t i tu t ioninth ec y anob a c t e r iumS yn e ch o c y s t i ssp .PCC6 8 0 3 .P l an tPh y s i o l . 1 3 2 ,1 8 2 5– 1 8 3 9 . S in gh ,A .K . ,andSh e rm an ,L .A .( 2 0 0 0 ) . Id en t ifi c a t ion o fi ron r e spon s i v e , d i f f e r en t i a lg en ee xp r e s s ioninth e c y anob a c t e r ium S yn e ch o c y s t i s sp . s t r a inPCC6 8 0 3w i thacu s tom i z ed amp l ifi c a t ionl ib r a r y .J .B a c t e r i o l . 1 8 2 ,3 5 3 6– 3 5 4 3 . S t e g l i ch ,C . ,Fu t s ch i k ,M .E . ,L ind e l l ,D . , V o s s ,B . ,Ch i sho lm ,S .W . ,and H e s s , W .R .( 2 0 0 8 ) .Th ech a l l en g eo fr e gu l a t ion inam in im a lpho to au to t roph : non cod in g RNA s in P r o ch l o r o c o c cu s .PL o SG en e t .4 ,e 1 0 0 0 1 7 3 . do i : 1 0 . 1 3 7 1 / jou rn a l .p g en . 1 0 0 0 1 7 3 S t e v en s ,S .E . ,andP o r t e r ,R .D .( 1 9 8 0 ) . T r an s fo rm a t ion inA gm en e l lumqu a d ru p l i c a tum .P r o c .N a t l .A c a d .S c i . U . S .A .7 7 ,6 0 5 2– 6 0 5 6 . Su ,Z . ,M ao ,F . ,D am ,P . ,W u ,H . ,O lm an , V . ,P au l s en ,I .T . ,P a l en i k ,B . ,and X u ,Y .( 2 0 0 6 ) .Compu t a t ion a lin f e r en c eande xp e r im en t a lv a l id a t iono f th en i t ro g ena s s im i l a t ionr e gu l a to r y n e two r kinc y anob a c t e r iumS yn e ch o c o c cu ssp . WH8 1 0 2 .N u c l e i cA c i d s R e s .3 4 ,1 0 5 0– 1 0 6 5 . T ab i t a ,F .R .( 1 9 9 4 ) .“Th eb io ch em i s t r y and mo l e cu l a rr e gu l a t iono fc a rbon d io x id em e t abo l i sminc y anob a c t e e M o l e cu l a rB i o l o g yo f r i a , ”inTh C y an o b a c t e r i a, ed . D .A .B r y an t (Do rd r e ch t :K luw e rA c ad em i cPub l i sh e r s ) ,4 3 7– 4 6 7 . T a k ab a y a sh i ,A . ,K i sh in e , M . ,A s ad a , K . ,Endo ,T . ,andS a to ,F .( 2 0 0 5 ) . D i f f e r en t i a lu s eo ftwoc y c l i ce l e c t ron flow sa round pho to s y s t em con c en t r a t ion Ifo rd r i v in g CO 2m e ch an i smin C 4 pho to s yn th e s i s . P r o c .N a t l .A c a d .S c i .U . S .A .1 0 2 , 1 6 8 9 8– 1 6 9 0 3 . T an g ,K .H . ,T an g ,Y .J . ,andB l an k en sh ip ,R .E .( 2 0 1 1 ) .C a rbon m e t a bo l i cp a thw a y s inpho to t roph i cb a c t e r i aandth e i rb ro ad e re vo lu t ion a r y imp l i c a t ion s . F r on t .M i c r o b i o l .2 : 1 6 5 . do i : 1 0 . 3 3 8 9 / fm i cb . 2 0 1 1 . 0 0 1 6 5 T e tu ,S .G . ,B r ah am sh a ,B . ,John son ,D . A . ,T a i ,V . ,Ph i l l ipp y ,K . ,P a l en i k ,B . , andP au l s en ,I .T .( 2 0 0 9 ) .M i c ro a r r a yan a l y s i so fpho sph a t er e gu l a t ion inth em a r in ec y anob a c t e r ium S yn e ch o c o c cu ssp . WH 8 1 0 2 .I SMEJ .3 , 8 3 5– 8 4 9 . Thomp son ,A . W . , Hu an g ,K . ,S a i to , M .A . ,andCh i sho lm ,S .W .( 2 0 1 1 ) . T r an s c r ip tom er e spon s eo fh i gh r o ch l o r o c o c and low l i gh t ad ap t edP cu ss t r a in stoch an g in gi rona v a i l ab i l i t y .I SMEJ .5 ,1 5 8 0– 1 5 9 4 . V an B a a l en ,C .( 1 9 6 2 ) .S tud i e s on m a r in eb lu e g r e ena l g a e .B o t an i c a M a r in a4 ,1 2 9– 1 3 9 . V e ldhu i s ,M . ,and d eB a a r ,H .J . W . ( 2 0 0 5 ) .I ronr e sou r c e sando c e an i c nu t r i en t s : ad v an c em en to fg lob a l en v i ronm en ts imu l a t ion s .J .S e aR e s . 5 3 ,1– 6 . W an g ,H .L . ,P o s t i e r ,B .L . ,andBu rn ap , R .L .( 2 0 0 4 ) .A l t e r a t ion sing lob a l p a t t e rn so fg en ee xp r e s s ioninS yn e ch o c y s t i ssp .PCC6 8 0 3inr e spon s e toino r g an i cc a rbonl im i t a t ionand th ein a c t i v a t ion o fn dhR,aL y sR f am i l yr e gu l a to r .J .B i o l .Ch em .2 7 9 , 5 7 3 9– 5 7 5 1 . X u ,Y . ,A l v e y ,R .M . ,B y rn e ,P .O . ,G r a h am ,J .E . ,Sh en ,G . ,and B r y an t , D .A .( 2 0 1 1 ) .E xp r e s s iono fg en e s in c y anob a c t e r i a : ad ap t a t ion o f endo g enou sp l a sm id sa sp l a t fo rm s fo rh i gh l e v e lg en ee xp r e s s ionin S yn e ch o c o c cu ssp .PCC7 0 0 2 .M e th o d sM o l .B i o l .6 8 4 ,2 7 3– 2 9 3 . Y e a t e s ,T .O . ,K e r f e ld ,C .A . ,H e in ho r s t ,S . ,C annon ,G .C . ,andSh i v e l y ,J . M .( 2 0 0 8 ) .P ro t e in -b a s ed o r g an e l l e s inb a c t e r i a :c a rbo x y som e s and r e l a t ed m i c ro comp a r tm en t s . N a t .R e v .M i c r o b i o l .6 ,6 8 1– 6 9 1 . Y e r em en k o ,N . ,J e an j e an ,R . ,P rom m e en a t e ,P . ,K r a s i k o v ,V . ,N i x on , P .J . ,V e rm a a s ,W .F . ,H a v au x ,M . , and M a t th i j s ,H .C .( 2 0 0 5 ) . Op en r e ad in gf r am es s r 2 0 1 6i sr equ i r ed fo ran t im y c inA s en s i t i v epho to s y s t emI -d r i v enc y c l i ce l e c t ron flow inth ec y anob a c t e r iumS yn e ch o c y s t i s sp .PCC6 8 0 3 .P l an tC e l lPh y s i o l .4 6 , 1 4 3 3– 1 4 3 6 . Zh an g ,S . ,andB r y an t ,D .A .( 2 0 1 1 ) .Th e t r i c a rbo x y l i ca c idc y c l e inc y anob a c t e r i a .S c i en c e3 3 4 ,1 5 5 1– 1 5 5 3 . Ap r i l20 12 |V o lume3 |A r t i c le145 |14 Ludw igandB ry an t Zh an g ,Z . ,P end s e ,N .D . ,Ph i l l ip s ,K . N . ,Co tn e r ,J .B . ,andKhodu r s k y ,A . ( 2 0 0 8 ) .G en ee xp r e s s ionp a t t e rn so f su l fu rs t a r v a t ion inS yn e ch o c y s t i ssp . PCC6 8 0 3 .BMC G en om i c s9 ,3 4 4 . do i : 1 0 . 1 1 8 6 / 1 4 7 1 2 1 6 4 9 3 4 4 Zhu ,Y . ,G r ah am ,J .E . , Ludw i g , M . , X ion g ,W . ,A l v e y ,R .M . ,Sh en ,G . , and B r y an t ,D .A .( 2 0 1 0 ) . Ro l e s o fx an thoph y l lc a ro t eno id sinp ro t e c t iona g a in s tpho to inh ib i t ionand www . f ron t ie r s in .o rg S yne cho co c cu st r an s c r ip tomeuponnu t r ien t l im i ta t ion o x id a t i v es t r e s sinth ec y anob a c t e r iumS yn e ch o c o c cu ssp .s t r a inPCC 7 0 0 2 .A r ch .B i o ch em .B i o ph y s .5 0 4 , 8 6 – 9 9 . R e c e i v e d :1 4F e b ru a r y2 0 1 2 ;p a p e rp en d in gpu b l i sh e d :0 2M a r ch2 0 1 2 ;a c c e p t e d : 2 6M a r ch2 0 1 2 ;pu b l i sh e don l in e :1 1A p r i l 2 0 1 2 . C i t a t i on : Lu dw i g M an dB r y an t DA Confl i c to fIn t e r e s tS t a t em en t : Th e ( 2 0 1 2 )A c c l im a t i ono fth eg l o b a lt r an au tho r sd e c l a r eth a tth er e s e a r ch w a s s c r i p t om eo fth ec y an o b a c t e r iumS yn e condu c t edinth eab s en c eo fan ycom - ch o c o c cu ss p .s t r a inPCC7 0 0 2t onu t r i m e r c i a lo rfin an c i a lr e l a t ion sh ip sth a t en tl im i t a t i on s an dd i f f e r en tn i t r o g en cou ldb econ s t ru eda sapo t en t i a lcon - s ou r c e s .F r on t . M i c r o b i o .3 : 1 4 5 .d o i : fl i c to fin t e r e s t . 1 0 . 3 3 8 9 / fm i c b . 2 0 1 2 . 0 0 1 4 5 Th i sa r t i c l ew a ssu bm i t t e dt oF r on t i e r s in M i c r o b i a lPh y s i o l o g yan dM e t a b o l i sm ,a s p e c i a l t yo fF r on t i e r s in M i c r o b i o l o g y . C o p y r i gh t ©2 0 1 2Lu dw i gan dB r y an t . Th i si sano p en a c c e s sa r t i c l ed i s t r i bu t e d un d e r th e t e rm so f th eC r e a t i v eC omm on s A t t r i bu t i on N on C omm e r c i a lL i c en s e , wh i chp e rm i t sn on c omm e r c i a lu s e ,d i s t r i bu t i on , an dr e p r o du c t i onin o th e r f o rum s ,p r o v i d e d th eo r i g in a lau th o r san d s ou r c ea r ec r e d i t e d . Ap r i l20 12 |V o lume3 |A r t i c le145 |15