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荧光假单胞菌多样性和植物互作的基因组和遗传分析

马克·西尔比等。 基因组生物学. 2009.

摘要

背景:荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)是一种常见的土壤细菌,可以通过营养循环、病原菌拮抗和诱导植物防御来改善植物健康。测定了菌株SBW25和Pf0-1的基因组序列,并与荧光假单胞菌Pf-5进行了比较。功能基因组在体表达技术(IVET)筛选提供了对荧光假单胞菌在其自然环境中使用的基因的深入了解,并提高了对该物种多样性的生态意义的理解。

结果:对三个荧光假单胞菌基因组(SBW25,Pf0-1,Pf-5)的比较显示出相当大的差异:61%的基因是共享的,大多数位于复制起源附近。系统发育和平均氨基酸身份分析显示总体关系较低。SBW25的功能筛选定义了125个植物诱导基因,包括一系列特定于植物环境的功能。其中83个同源序列存在于Pf0-1和Pf-5中,两个菌株共有73个同源序列。荧光假单胞菌基因组携带大量复杂的重复DNA序列,有些类似于微型反转重复转座元件(MITE)。在SBW25中,重复密度和分布显示“重复沙漠”缺乏重复,覆盖了大约40%的基因组。

结论:荧光假单胞菌基因组高度多样。复制末端周围的菌株特异性区域表明基因组分区。这三个菌株之间的基因组异质性让人联想到一个物种复合体,而不是单个物种。42%的植物诱导基因并不是所有菌株都共享的,这强化了这一结论,并表明生态成功需要专门的核心功能。这种多样性还表明了泛假单胞菌基因组中遗传信息的显著大小。

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数字

图1
图1
全基因组序列全六帧翻译的氨基酸匹配比较P.荧光Pf0-1、SBW25和Pf-5基因组。使用Artemis比较工具进行分析,并使用TBLASTX进行计算。每个基因组的正向和反向DNA链显示(深灰色线)。DNA线之间的红色条表示单个TBLASTX匹配,反向匹配为蓝色。图中显示了CDS的密度以及其他两个CDS中的直系词P.荧光菌株(红线和绿线)。窗口大小如图所示。细长的灰色线条显示了基因组的平均同源密度。DNA线上的白框表示这些图(SBW25,2.7 Mb;Pf0-1,2 Mb;以及Pf-5,2.65 Mb)定义的末端周围的可变区域。蓝色和粉红色方框分别代表非典型区域和前噬菌体的位置。
图2
图2
维恩图比较P.荧光菌株SBW25、Pf0-1和Pf-5。给出了唯一和共享CDS的数量。括号中的数字是插入序列元素和假基因。饼图显示了SBW25完整基因补体被划分为功能类别的绝对数(见图例),与其他两个菌株相同的CDS加上所有三个菌株的核心基因补体。
图3
图3
14种不同的系统发育树假单胞菌属物种,基于1705个保守基因:荧光假单胞菌菌株SBW25(SBW25)、Pf0-1(Pf01)和Pf-5(Pf5);铜绿假单胞菌菌株PAO1(P_aer_PAO1)、PA14(P_aer_PA14)和PA7(P_aer _PA7);丁香假单胞菌光伏。丁香B728a(P_syr_syr),光伏。番茄DC3000(P_syr_tom)和pv。相寡糖1448A(P_syr_pha);恶臭假单胞菌菌株GB1(P_put_GB1)、F1(P_put_F1)、W619(P_puti_W619)和KT2240(P_pute_KT24);斯氏假单胞菌应变A1501(P_stut)。节点上的数字表示包含该关系的单个树的百分比。比例尺对应于每个位点的替换数量。
图4
图4
成对氨基酸的平均同源性丁香假单胞菌,铜绿假单胞菌、和P.荧光菌株。The strain designations for theP.荧光铜绿假单胞菌分离物和致病变种命名丁香树隔离物如图3所示。属和种边界是Konstantinidis和Tiedje使用的边界[32]。
图5
图5
循环基因组图P.荧光菌株SBW25和Pf0-1。(a)P.荧光SBW25.从外向内,最外面的圆圈显示根据附加数据文件3中补充表3编号的非典型区域(蓝色方框)和前噬菌体样区域(粉红色方框);圆圈2,刻度线(Mbps);圆圈3和4分别显示顺时针和逆时针方向转录的CDS的位置(颜色代码见下文);圈5,IVET EIL融合的位置(黑色);圆圈6,图中显示了具有直系物(红色)的CDS密度以及SBW25特有的CDS(绿色)密度与P.荧光Pf0-1(窗口大小50000 bp,步长200);圆圈7,P.荧光SBW25可变区(绿线);圆8,IR1g反向重复序列(深蓝色);圈9,基因间重复序列R0家族(海军蓝);圈10,基因间重复序列R2家族(浅蓝色);循环11、R5、R30、R178和R200家族的基因间重复序列(aqua);圈出12,重复沙漠(ReD;灰色框);圈13,GC偏差(窗口10000 bp)。CDS根据其基因产物的功能进行颜色编码:深绿色、膜或表面结构;黄色、中央或中间代谢;氰化物,大分子降解;红色,信息传输/单元划分;铈,小分子降解;淡蓝色,调节器;鲑鱼粉,致病性或适应性;黑色,能量代谢;橙色,保守假设;淡绿色,未知;和棕色假基因。请注意,IR1_g重复序列不包括在ReD分析中,因为根据其结构,我们不能排除其中许多重复序列仅代表转录终止序列的可能性。有些ReD似乎包含R家族重复序列(例如,约6.1 Mb的ReD),实际上有多个ReD,由一个非常小的DNA区域分隔,无法在图中解析。(b)P.荧光第0-1页。从外向内,最外面的圆圈显示根据附加数据文件3的补充表4编号的非典型区域(蓝色方框)和前噬菌体样区域(粉红色方框);圆圈2,刻度线(Mbps);圆圈3和4分别显示顺时针和逆时针方向转录的CDS的位置(颜色代码见上文);圈5,SBW25 EIL的同源序列-SBW25中反义的EIL由与义链上预测的CDS的同源序列表示;圆圈6,图中显示了具有直系图(红色)和Pf0-1特有图(绿色)的CDS密度与P.荧光SBW25(窗口大小50000 bp,步长200);圆圈7,P.荧光Pf0-1可变区域(绿线);圆8,IR1g反向重复序列(深蓝色);圈9,R5基因间重复序列家族(海军蓝);圈10,R6基因间重复序列家族(浅蓝色);圈11、R0、R1、R6-部分、R26、R30、R69和R178基因间重复序列家族(aqua);圈12,GC偏差(窗口10000 bp)。

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引用人

工具书类

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