Active site opening and closure control translocation of multisubunit RNA polymerase

Multisubunit RNA polymerase (RNAP) is the central information-processing enzyme in all cellular life forms, yet its mechanism of translocation along the DNA molecule remains conjectural. Here, we report direct monitoring of bacterial RNAP translocation following the addition of a single nucleotide. Time-resolved measurements demonstrated that translocation is delayed relative to nucleotide incorporation and occurs shortly after or concurrently with pyrophosphate release. An investigation of translocation equilibrium suggested that the strength of interactions between RNA 3' nucleotide and nucleophilic and substrate sites determines the translocation state of transcription elongation complexes, whereas active site opening and closure modulate the affinity of the substrate site, thereby favoring the post-and pre-translocated states, respectively. The RNAP translocation mechanism is exploited by the antibiotic tagetitoxin, which mimics pyrophosphate and induces backward translocation by closing the active site.</p

Surface runoff, subsurface drainflow and soil erosion as affected by tillage in a clayey Finnish soil

Conservation tillage practices were tested against autumn mouldboard ploughing for differences in physical properties of soil, surface runoff, subsurface drainflow and soil erosion. The study (1991 -2001) was performed on a gently (2%) sloping clayey soil of southern Finland, with two replicates of the tillage treatments on 0.5 ha plots. The annual shares of surface runoff of the total flow (surface runoff + subsurface drainflow) were 842% for ploughing (depth 2023 cm), 3666% for shallow autumn stubble cultivation (depth 58 cm) and 3682% for soil left untilled over winter. Surface runoff increased with decrease in the tillage intensity, and in line with the values of depressional water storage, macroporosity and saturated hydraulic conductivity. Erodibility of this gently sloping soil was at highest after autumn and spring tillage operations and decreased with time. Shallow autumn tillage produced erosion as high as mouldboard ploughing (4071700 kg ha1yr1), but 48% and 12% lower erosion levels were measured from plots left untilled in autumn, covered by grass or barley residues, respectively. Eroded soil particles moved relatively freely to the subsurface drains, which carried 3794% of the annual soil losses from the field. The study shows that even on the relatively flat clayey soils typical for southern Finland, tillage has a great influence on soil losses. The frequency of tillage needs to be reduced rather than the depth of tillage on clayey soils with poor water conductivity and structural stability if soil loss is to be diminished by conservation tillage.;Etelä-Suomen viljeltyjen savimaiden eroosio aiheuttaahuomattavaa sisävesistöjen samentumista, ja lisää myös niiden sekä Itämeren rannikkoalueen rehevöitymistä. Vaikka maa-ainesta irtoaa eniten jyrkiltä rinteiltä, myös loivasti viettävien peltojen eroosio on merkittävää niiden suuren pinta-alaosuuden vuoksi. Etelä-Suomessa eroosiohaitat korostuvat, koska valtaosa pelloista on talvisin muokattuina, ja kasvipeitteisten nurmien, viherkesantojen ja laitumien osuus on vain 15-25 % peltoalasta. Eroosion vähentämiseksi maatalouden ympäristötuessa on suosittu toimenpiteitä, joilla peltojen syysmuokkausta joko kevennetään kyntöön verrattuna tai siitä luovutaan kokonaan, jolloin pelto jää talven yli sängelle. Tässä tutkimuksessa verrattiin eriasteisen maanmuokkauksen vaikutuksia eroosioon ja tutkittiin eroosion taustatekijöitä, kuten maan pintakerroksen ominaisuuksia ja vedenjohtokykyä sekä taipumusta tuottaa pinta- ja salaojavaluntaa. Tutkimus toteutettiin loivasti viettävällä (2 %) Jokioisten Kotkanojan huuhtoutumiskentällä, jonka pintamaan savespitoisuus on 61 %. Kentän salaojitus oli uusittu kesällä 1991 ennen kokeen aloittamista. Kahden vuoden kalibrointijakso (1991-1993) osoitti kentän olevan riittävän tasalaatuinen valunnan jakautumisen ja eroosion suhteen. Varsinaisella koejaksolla (1993-2001) kentän neljästä vierekkäisestä ruudusta kaksi kynnettiin syksyisin 23 cm syvyyteen ja kaksi muuta joko jätettiin syksyllä muokkaamatta sängelle (1993-1996) tai sänkimuokattiin kultivaattorilla 5-8 cm syvyyteen (1996-2001). Muokkauksen vähentäminen madaltamalla syysmuokkausta tai luopumalla syysmuokkauksesta kokonaan lisäsi pintavalunnan osuutta kokonaisvalunnasta. Pintavalunnan osuus vuosittaisesta kokonaisvalunnasta (169-363 mm) oli kynnetyillä koeruuduilla 842 %, matalaan kultivoiduilla ruuduilla 3666 % ja muokkaamatta jätetyillä sänki- ja nurmiruuduilla 3682 %. Matalaan kultivoidussa maassa valunta suuntautui kynnettyä maata enemmän pintavalunnaksi, koska maan pintakerroksen vedenjohtokyky oli heikompi ja maan hetkellinen kyky varastoida vettä oli pienempi sekä maan pinnalla että pintakerroksen suurimmissa huokosissa. Myöskään lierokäytäviä ei ollut riittävästi, jotta niillä olisi ollut merkitystä pintavalunnan torjunnassa. Nämä samat tekijät lisäsivät myös muokkaamattoman maan pintavaluntaa. Kultivoidulta maalta tulleiden pintavaluntavesien eroosioainespitoisuus oli korkea, eikä menetelmä vähentänyt eroosiota. Olki peitti 40-66 % matalaan kultivoidun ja vain 9-15 % kynnetyn maan pinnasta, mutta tällä erolla ei näyttänyt olevan merkitystä eroosion kannalta. Sen sijaan maan rikkominen muokkauksella lisäsi eroosioalttiutta, joka oli suurimmillaan heti muokkauksen jälkeen syksyllä ja keväällä. Eroosio olikin sitä pienempää, mitä harvemmin maata muokattiin: ohran sänki vähensi eroosiota 12 % (edeltävästä muokkauksesta 0,5-1 vuotta) ja nurmen sänki vastaavasti 48 % (muokkauksesta 1,5-2 vuotta) kynnettyyn maahan verrattuna (4071700 kg ha1). Maan pinta stabiloitui muokkauksen jälkeen vähitellen mm. kuivumisen vaikutuksesta. Koekentän savimaa dispergoitui helposti pinnalla virtaavaan veteen, mikä saattoi johtua savihiukkasten ominaisuuksista ja virtaavan veden ajoittain pienestä ionivahvuudesta. Äskettäin uusittu salaojasto kuljetti 18-92 % savimaan vuosittaisesta kokonaisvalunnasta ja 3794 % eroosioaineksesta. Vain murto-osa pinnalta irronneesta eroosioaineksesta suodattui maan huokostossa ennen päätymistään salaojiin. Jos salaojakaivannoissa oli peitemateriaalina puuhake, pinnasta irronnut maa-aines kulkeutui verrattain vapaasti salaojiin, kun taas pintamaalla täytetyt salaojakaivannot suodattivat maahiukkasia hieman paremmin. Joissakin tapauksissa edeltävänä kuivana kesänä maahan syntyneet suuret halkeamat johtivat eroosioainesta suoraan salaojiin vielä seuraavana keväänä. Tulokset osoittavat, että tämänkaltaisten savimaiden eroosiontorjunta edellyttää salaojituksen kunnossapidon lisäksi muokkaustiheyden radikaalia pienentämistä ja/tai muita toimenpiteitä maan pintarakenteen lujittamiseksi

Contamination of organic nutrient sources with potentially toxic elements, antibiotics and pathogen microorganisms in relation to P fertilizer potential and treatment options for the production of sustainable fertilizers : A review

Organic nutrient sources such as farmyard manure, sewage sludge, their biogas digestates or other animal by-products can be valuable fertilizers delivering organic matter to the soil. Currently, especially phosphorus (P) is in the focus of research since it is an essential plant nutrient with finite resources, estimated to last only for some more decades. Efficient utilization of organic P sources in agriculture will help to preserve P resources and thereby has the potential to close nutrient cycles and prevent unwanted P-losses to the environment, one of the major causes for eutrophication of water bodies. Unfortunately, organic P sources usually contain also various detrimental substances, such as potentially toxic elements or organic contaminants like pharmaceuticals as well as pathogenic microorganisms. Additionally, the utilization of some of these substrates such as sewage sludge or animal by-products is legally limited in agriculture because of the potential risk to contaminate sites with potentially toxic elements and organic contaminants. Thus, to close nutrient cycles it is important to develop solutions for the responsible use of organic nutrient sources. The aim of this review is to give an overview of the contamination of the most important organic nutrient sources with potentially toxic elements, antibiotics (as one important organic contaminant) and pathogenic microorganisms. Changes in manure and sewage sludge management as well as the increasing trend to use such substrates in biogas plants will be discussed with respect to potential risks posed to soils and water bodies. Some examples for abatement options by which contamination can be reduced to produce P fertilizers with high amounts of plant available P forms are presented.201

GreA and GreB Enhance Expression of Escherichia coil RNA Polymerase Promoters in a Reconstituted Transcription-Translation System

Cell-free environments are becoming viable alternatives for implementing biological networks in synthetic biology. The reconstituted cell-free expression system (PURE) allows characterization of genetic networks under defined conditions but its applicability to native bacterial promoters and endogenous genetic networks is limited due to the poor transcription rate of Escherichia coli RNA polymerase in this minimal system. We found that addition of transcription elongation factors GreA and GreB to the PURE system increased transcription rates of E. coli RNA polymerase from sigma factor 70 promoters up to 6-fold and enhanced the performance of a genetic network. Furthermore, we reconstituted activation of natural E. coli promoters controlling flagella biosynthesis by the transcriptional activator FlhDC and sigma factor 28. Addition of GreA/GreB to the PURE system allows efficient expression from natural and synthetic E. coli promoters and characterization of their regulation in minimal and defined reaction conditions, making the PURE system more broadly applicable to study genetic networks and bottom-up synthetic biology