Inter-phylum hgt a modelat metabolismul multor bacterii mezofile și anaerobe -

metabolismul

  • Subiecte
  • rezumat
  • Introducere
  • Rezultate
  • O abordare pentru depășirea limitărilor cunoscute în detectarea HGT
  • Fiziologia și ecologia partajate stau la baza rețelelor ridicate de HGT între margini
  • HGT interfilă extinsă apare adesea între mezofili
  • Categoriile funcționale de gene schimbate cel mai frecvent
  • Rolul HGT interfilic în adaptarea bacteriană
  • Discuţie
  • Informatie suplimentara
  • Fișiere PDF
  • Material suplimentar
  • Fișiere Excel
  • Tabel suplimentar S9

Subiecte

rezumat

Introducere

Bacteriile catalizează etapele fundamentale ale ciclurilor geochimice în aproape toate habitatele de pe Pământ și sunt parteneri în relații ecologice importante cu multe organisme eucariote (de exemplu, simbioză, protocooperare, competiție). Unul dintre mecanismele cheie care stau la baza acestei remarcabile diversități fiziologice este transferul orizontal de gene (HGT) (Ochman și colab., 2000; McDaniel și colab., 2010). De fapt, analiza recentă a familiilor de proteine ​​sugerează că HGT, și nu duplicarea genelor, a determinat expansiunea proteinelor și noutatea funcțională a bacteriilor, spre deosebire de majoritatea organismelor eucariote (Treangen și Rocha, 2011). Secvențierea a mii de genomi microbieni în ultimele două decenii a permis identificarea evenimentelor HGT pe diferite scale de timp, de la evenimente antice până la recente, și între organisme cu relații evolutive variate, de la strânsă legătură cu genomuri strâns legate (Gogarten și colab.)., 2002; Beiko și colab., 2005; Ochman și colab., 2005; Zhaxybayeva și colab., 2009a), dezvăluind că HGT a afectat istoria evolutivă a majorității, dacă nu a tuturor, descendențelor bacteriene.

Aici extindem analiza precedentă a celor mai bune potriviri (Caro-Quintero și colab., 2012) la toate secvențele genomice complete disponibile ale Archaea și bacteriilor libere, pentru a evalua cantitativ dacă HGT interfațial extins apare sau nu în medii non-extreme și pentru a identifica ce mediu iar condițiile ecologice favorizează astfel de evenimente HGT și care gene funcționale sunt transferate cel mai frecvent. Conducta noastră de bioinformatică a minimizat efectul clasificării taxonomice și al supra-reprezentării grupurilor filogenetice specifice pentru a furniza estimări cantitative imparțiale ale HGT la toți taxonii evaluați.

Rezultate

O abordare pentru depășirea limitărilor cunoscute în detectarea HGT

Imagine la dimensiune completă

Fiziologia și ecologia partajate stau la baza rețelelor ridicate de HGT între margini

Influența ecologiei și fiziologiei asupra schimbului inter-margine a fost evaluată prin generarea de rețele care au reprezentat cazuri de HGT. Aceste rețele au fost create prin legarea donatorilor și a beneficiarilor cu un semnal semnificativ statistic de la HGT (valoarea prag q 0,005). Au fost construite două rețele, una pentru analiza la nivelul genomului și una pentru nivelul genei individuale. Subrețele au fost denumite „N” pentru nivelul genomului (Figura suplimentară S3) și „A” (Figura 2) pentru analiza nivelului genei. În cadrul fiecărei rețele, s-a folosit un algoritm comunitar de grupare (Clauset și colab., 2004; Newman și Girvan, 2004) pentru a grupa rețeaua originală în subrețele care ar maximiza conexiunile HGT între membrii săi, adică HGT să fie mai abundentă între genomii din subrețea în comparație cu alte genomi sau subrețele. Conform așteptărilor, schimbul inter-margine într-o subrețea a implicat de 6 până la 37 de ori mai multe gene comparativ cu subrețele, în funcție de subrețele luate în considerare (Figura 2c). Parametrii ecologici și fiziologici au fost suprapuși în subrețele pentru a evalua corespondența lor cu grupurile observate.

Imagine la dimensiune completă

Analiza rețelei la nivelul genomului a arătat că HGT este puternic favorizat de ecologia (partajată) și de toleranța la oxigen. Algoritmul de grupare comunitară a împărțit rețeaua la nivelul genomului în patru subrețele, N1, N2, N3 și N4 (Figura suplimentară S3). Subrețeaua N3 a fost îmbogățită în genomi comensali și agenți patogeni asociați cu animale sau oameni (64% din totalul genomilor), ceea ce a fost semnificativ în funcție de frecvența acestor genomi în setul de date al genomului de referință preclustrat (valoarea P 70% din genele detectate schimbate de Smillie și colab. (2011) au fost, de asemenea, identificate prin metodologia noastră. Subrețeaua N2 a fost îmbogățită semnificativ în bacterii asociate cu solul și plantele (aproximativ 50% din total) atribuite Rhizobiales, Bradyrhizobiaceae și Comamonadaceae (phylum Proteobacteria ) și Streptomycetaceae și Micrococcaceae (Actinobacteria) (valoare P 40% identitate de aminoacizi peste 70% din lungimea proteinei de interogare) am calculat anterior că aceleași genomi ai Sphaerochaeta menționați mai sus au schimbat până la 40% din toate genele cu Firmicutes (Caro-Quintero și colab., 2012).