Полногеномный анализ и стратегии адаптации к холоду Pseudomonas sivasensis W

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 14190 (2023) Цитировать эту статью

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Микробные сообщества водно-болотных угодий играют ключевую роль в экологии и стабильности Земли. Для выяснения механизмов холодовой адаптации бактерий на плато водно-болотных угодий мы провели сравнительный геномный анализ Pseudomonas sivasensis и близкородственных линий. Геном P. sivasensis W-6, адаптированной к холоду бактерии, выделенной из водно-болотных угодий плато Напахай, был секвенирован и проанализирован. Длина генома составила 6 109 123 п.н. с содержанием G+C 59,5%. Прогнозирование генов позволило получить 5360 последовательностей, кодирующих белок, 70 тРНК, 24 генных острова и 2 последовательности CRISPR. Изолят содержал доказательства горизонтального переноса генов в ходе его эволюции. Были предсказаны два профага и указано, что W-6 представляет собой лизоген. Холодовая адаптация штамма W-6 показала скорее психрофильные, чем психротрофные характеристики. Адаптированная к холоду бактерия W-6 может использовать в качестве ресурсов гликоген и трегалозу, связанные с углеводно-активными ферментами, и выживать в низкотемпературной среде. Кроме того, механизмы адаптации к холоду W-6 включали текучесть мембран за счет изменения профиля ненасыщенных жирных кислот, двухкомпонентные регуляторные системы, антисмысловую транскрипцию, роль генов rpsU в процессе трансляции и т. д. полногеномный анализ W-6 обеспечил более глубокое понимание стратегий бактерий, адаптированных к холоду в окружающей среде. Мы выяснили механизм адаптации психрофильного штамма W-6 к выживанию в холодной среде, что послужило основой для дальнейшего изучения коэволюции фага-хозяина.

Благодаря постоянному совершенствованию технологии секвенирования микробный геномный анализ постепенно обогащает и расширяет содержание базы данных. Сравнительная геномика для построения генетической карты развития системы на основе репрезентативности видов в развитии системы, сравнительного анализа генов и семейств генов выявляет происхождение и функцию генов и семейств генов, а также механизм их усложнения и диверсификации в развитии системы. процесс эволюции.

Холодные среды широко распространены и занимают около 75% территории Земли1. Адаптированные к холоду микроорганизмы можно разделить на две категории в зависимости от температуры роста: психрофильные и психротрофные микроорганизмы. Они используют ряд метаболических стратегий для роста в условиях низких температур. Он накапливает гликоген и глюконеогенез в качестве энергии, помогая улучшить антифризную способность2,3,4,5, поддерживая текучесть клеточных мембран6, справляясь с окислительным стрессом, вызванным низкой температурой7, а также важную роль играют экспрессия молекулярных шаперонов внеклеточных полисахаридов8. В последние годы, в связи с потенциалом применения низкотемпературных микроорганизмов и их продуктов, сообщалось об исследованиях по секвенированию генома микробов в холодных условиях8,9.

виды Pseudomonas. относятся к грамотрицательным бактериям, преимущественно аэробным или факультативно-анаэробным, широко распространённым в природе. На сегодняшний день на базе NCBI GenBank секвенированы только 5 геномов P. sivasensis, среди которых наиболее полно секвенирован штамм BsEB-1. Среди всех опубликованных геномов P. sivasensis размер генома составлял примерно 6,2 Мбит/с. Содержание GC в разных геномах P. sivasensis колебалось около 60%.

Гликоген является важной питательной валютой и источником энергии. По сравнению с другими сахарами глюкоза является оптимальным источником углерода. В условиях различных абиотических стрессов, таких как низкая температура, недостаток питательных веществ, осмотическая регуляция и поддержание pH, синтез гликогена является одной из хорошо развитых систем хранения энергии, позволяющей бактериям адаптироваться и выживать10. Метаболизм гликогена представляет собой сложную сеть взаимодействия, в которой участвуют многочисленные гены и пути11. В метаболизме гликогена участвуют пять наиболее важных ферментов: АДФ-глюкозопирофосфорилаза (GlgC), гликогенсинтаза (GlgA), фермент разветвления гликогена (GlgB), гликогенфосфорилаза (GlgP) и фермент разветвления гликогена (GlgX)12. Бактерии разрабатывают пассивную стратегию энергосбережения, такую ​​как лишение питательных веществ с медленной деградацией гликогена. Метаболизм мальтодекстрина связан с метаболизмом гликогена, а 4-глюканотрансфераза (MalQ) способствует рециркуляции мальтозы в мальтодекстрины13.