Анализ геномов двух бактериобионтов лишайников, Lichenibacterium ramalinae и Lichenibacterium minor: факторы вирулентности и адаптации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Успешные инвазия и адаптация бактерий в лишайниковый симбиоз требует вовлечения ряда физиологических механизмов, которые регулируют взаимодействия между бактериобионтами, микобионтами и альгобионтами и обеспечивают оптимизацию роста и развития таллома. Для выявления таких факторов был проведен анализ геномов двух бактериобионтов лишайников Lichenibacterium ramalinae и L. minor. Традиционные для ризобий гены нодуляции nod не обнаружены. Высказано предположение о выполнении сходной функции белком TIGR02302. Обнаружены гены, кодирующие белки, связанные с реализацией программ планктонного и биопленочного фенотипа – флагеллины и пилины. Эти гены имеют высокий уровень сходства с генами бактерий – симбионтов растений. В геномах исследованных бактерий обнаружены генетические детерминанты факторов вирулентности – белков инвазии локуса B, integration host factor (IHF), cенсорных гистидин киназ, белков рецепции и транспорта сидерофоров, монооксигеназы синтеза антибиотиков (Abm). Перечисленные гены имеют сходство с таковыми у организмов, образующих ассоциации разной степени связанности с растениями. Полученные данные позволили укрепить ранее высказанное предположение о приоритетной ассоциации бактерий семейства Lichenibacteriaceae c зелеными водорослями лишайников.

Об авторах

Т. А. Панкратов

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, ФИЦ “Биотехнологии” РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: tpankratov@gmail.com
Россия, 119071, Москва

Список литературы

  1. Bi H., Zhang Ch. Integration host factor is required for the induction of acid resistance in Escherichia coli // Curr. Microbiol. 2014. V. 69. P. 218–224. https://doi.org/10.1007/s00284-014-0595-7
  2. Coleman S.A., Minnick M.F. Differential expression of the invasion-associated locus B (ialB) gene of Bartonella bacilliformis in response to environmental cues // Microb. Pathog. 2003. V. 34. P. 179–186. https://doi.org/10.1016/S0882-4010(03)00005-6
  3. Coleman S.A., Minnick M.F. Establishing a direct role for the Bartonella bacilliformis invasion-associated locus B (IalB) protein in human erythrocyte parasitism // Infect. Immun. 2001. V. 69(7). P. 4373–4381.
  4. Dutta A., Batish M., Parashar V. Structural basis of KdpD histidine kinase binding to the second messenger c-di-AMP // J Biol Chem. 2021. V. 296:100771. https:// doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jbc.2021.100771
  5. Erlacher A., Cernava T., Cardinale M., Soh J., Sensen C.W., Grube M., Berg G. Rhizobiales as functional and endosymbiotic members in the lichen symbiosis of Lobaria pulmonaria L. // Front. Microbiol. 2015. V 6: article 53. https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.00053
  6. Gallego V., García M.T., Ventosa A. Methylobacterium variabile sp. nov., a methylotrophic bacterium isolated from an aquatic environment // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2005. V. 55(4). P. 1429–1433. https://doi.org/10.1099/ijs.0.63597-0
  7. Gondim A.C.S., Guimarães W.G., Sousa E.H.S. Heme-based gas sensors in nature and their chemical and biotechnological applications // BioChem. 2022. V. 2. P. 43–63. https://doi.org/10.3390/biochem2010004
  8. Grocholski T., Oja T., Humphrey L., Mäntsälä P., Niemi J., Metsä-Ketelä M. Characterization of the two-component monooxygenase system AlnT/AlnH reveals early timing of quinone formation in alnumycin biosynthesis // J. Bacteriol. 2012. V. 194(11). P. 2829–2836. https://doi.org/10.1128/JB.00228-12
  9. Gu Z., Liu Y., Wang N., Jiao N., Shen L., Liu H., Zhou Y., Liu X., Li J., Liang J., Busse H-J. Chelatococcus reniformis sp. nov., isolated from a glacier // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2016. V. 66(11). P. 4525–4529. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.001384
  10. Hall T.A. BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT // Nucl. Acids. Symp. 1999. V. 41. P. 95–98.
  11. Hodkinson B.P., Gottel N.R., Schadt C.W., Lutzoni F. Photoautotrophic symbiont and geography are major factors affecting highly structured and diverse bacterial communities in the lichen microbiome // Environ. Microbiol. 2012 V. 14(1). P. 147–161. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2011.02560.x
  12. Hug I., Deshpande S., Sprecher K.S., Pfohl T., Jenal U. Second messenger–mediated tactile response by a bacterial rotary motor // Science. 2017. V. 358. P. 531–534. https://doi.org/10.1126/science.aan5353
  13. Jourand Ph., Giraud E., Béna G., Sy A., Willems A., Gillis M., Dreyfus B., de Lajudie Ph. Methylobacterium nodulans sp. nov., for a group of aerobic, facultatively methylotrophic, legume root-nodule-forming and nitrogen-fixing bacteria. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2004. V. 54. P. 2269–2273. https://doi.org/10.1099/ijs.0.02902-0
  14. Kämpfer P., Scholz H.C., Lodders N., Loncaric I., Whatmore A.M., BusseH.-J. Camelimonas abortus sp. nov., isolated from placental tissue of cattle // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2012. P. 62. P. 1117–1120. https://doi.org/10.1099/ijs.0.034389-0
  15. Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C., Tamura K. MEGA X: Molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms // Molecular Biology and Evolution. 2018. V. 35. P. 1547-1549. https://doi.org/10.1093/molbev/msy096
  16. Lee Y.M., Kim E.H., Lee H.K., Hong S.G. Biodiversity and physiological characteristics of Antarctic and Arctic lichens-associated bacteria // World J. Microbiol. Biotechnol. 2014. V. 10. P. 2711–2721. https://doi.org/10.1007/s11274-014-1695-z
  17. Li L., Osman G., Salam N., Mohamed O.A., Jiao J., Ma J., Asem M.D., Xiao M., Li W.-J. Limoniibacter endophyticus gen. nov., sp. nov., an alphaproteobacterium isolated from the roots of Limonium otolepis // Arch. Microbiol. 2018. V. 200. P. 663–670. https://doi.org/10.1007/s00203-017-1472-0
  18. Madhaiyan M., Poonguzhali S. Methylobacterium pseudosasicola sp. nov. and Methylobacterium phyllostachyos sp. nov., isolated from bamboo leaf surfaces // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2014. V. 64. P. 2376–2384. https://doi.org/10.1099/ijs.0.057232-0
  19. Ming Y-Z., Liu L., Xian W-D., Jiao J-Y., Liu Z-T., Li M-M., Xiao M., Li W-J. Rhabdaerophilum calidifontis gen. nov., sp. nov., a novel bacterium isolated from a hot spring, and proposal of Rhabdaerophilaceae fam. nov. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2020. V. 70(4). P. 2298–2304. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004035
  20. Noh H.J., Baek K., Hwang C.Y., Shin S.C., Hong S.G., Lee Y.M. Lichenihabitans psoromatis gen. nov., sp. nov., a member of a novel lineage (Lichenihabitantaceae fam. nov.) within the order of Rhizobiales isolated from Antarctic lichen // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2019. V. 69. P. 3837–3842. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.003695
  21. Noh H.J., Lee Y.M., Park C.H., Lee H.K., Cho J.C., Hong S.G. Microbiome in Cladonia squamosa is vertically stratified according to microclimatic conditions // Front. Microbiol. 2020. V. 11:268. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.00268
  22. Noh H.J., Park Y., Hong S.G., Lee Y.M. Diversity and physiological characteristics of Antarctic lichens-associated bacteria // Microorganisms. 2021. V. 9(3):607. https://doi.org/10.3390/microorganisms9030607
  23. Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M. et al. Unipro UGENE: a unified bioinformatics toolkit // Bioinformatics. 2012. V. 28. P. 1166–1167. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts091
  24. Pankratov T.A. Acidobacteria in microbial communities of the bog and tundra lichens // Microbiology (Mikrobiologiya). 2012. V. 81(1). P. 51–58. https://doi.org/10.1134/S0026261711060166
  25. Pankratov T.A., Grouzdev D.S., Patutina E.O. et al. Lichenibacterium ramalinae gen. nov, sp. nov., Lichenibacterium minor sp. nov., the first endophytic, beta-carotene producing bacterial representatives from lichen thalli and the proposal of the new family Lichenibacteriaceae within the order Rhizobiales // Antonie van Leeuwenhoek. 2020. V. 113(4). P. 477–489. https://doi.org/10.1007/s10482-019-01357-6
  26. Pankratov T.A., Nikitin P.A., Patutina E.O. Genome analysis of two lichen bacteriobionts, Lichenibacterium ramalinae and Lichenibacterium minor: toxin‒antitoxin systems and secretion proteins // Microbiology. 2022. V. 91(2). P. 160–172. https://doi.org/10.1134/S0026261722020096
  27. Patkar R.N., Naqvi N.I. Fungal manipulation of hormone-regulated plant defense // PLoS Pathog. 2017. V. 13(6):e1006334. https://doi.org/10.1111/jpy.13032
  28. Pichler G., Stöggl W., Carniel F.C., Muggia L., Ametrano C.C., Holzinger A., Tretiach M., Kranner I. Abundance and extracellular release of phytohormones in aero-terrestrial microalgae (Trebouxiophyceae, Chlorophyta) as a potential chemical signaling source // J. Phycol. 2020. V. 56(5). P. 1295–1307. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1006334
  29. Rad V., Simões-Araújo J.L., Leite J., Passos S.R., Martins L.M.V., Xavier G.R., Rumjanek N.G., Baldani J.I., Zilli J.A. Microvirga vignae sp. nov., a root nodule symbiotic bacterium isolated from cowpea grown in semi-arid Brazil // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2014. V. 64. P. 725–730. https://doi.org/10.1099/ijs.0.053082-0
  30. Sato S., Siarot L., Matsuoka J., Aono T., Oyaizu H. An Azorhizobium caulinodans ORS571 mutant with deletion of a gene encoding a TIGR02302 family protein overproduces exopolysaccharides and is defective in infection into plant host cells // Soil Sci. Plant. Nutr. 2016. V. 62(4). P. 392–398. https://doi.org/10.1080/00380768.2016.1200954
  31. Skipper C., Ferrieri P., Cavert P. Bacteremia and central line infection caused by Bosea thiooxidans. IDCases. 2020. 19:e00676. https://doi.org/10.1016/j.idcr.2019.e00676
  32. Stonehouse E., Kovacikova G., Taylor R.K., Skorupski K. Integration host factor positively regulates virulence gene expression in Vibrio cholerae // J. Bacteriol. 2008. V. 190(13). P. 4736–4748 https://doi.org/10.1128/JB.00089-08
  33. Sun L., Liu H., Chen W., Huang K., Lyu W., Gao X. Alsobacter soli sp. nov., a novel bacterium isolated from paddy soil, emended description of the genus Alsobacter and description of the family Alsobacteraceae fam. nov. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2018. V. 68. P. 3902–3907. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.003088
  34. Tani A., Sahin N. Methylobacterium haplocladii sp. nov. and Methylobacterium brachythecii sp. nov., isolated from bryophytes. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2013. V. 63. P. 3287–3292. https://doi.org/10.1099/ijs.0.048215-0
  35. Tani A., Sahin N., Kimbara K. Methylobacterium oxalidis sp. nov., isolated from leaves of Oxalis corniculata // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2012. V. 62. P. 1647–1652. https://doi.org/10.1099/ijs.0.033019-0
  36. Tarakhovskaya E.R., Maslov Yu.I., Shishova M.F. Phytohormones in Algae // Russ. J. Plant. Physl.+. 2007. V. 54(2). P. 163–170. https://doi.org/10.1134/S1021443707020021
  37. Tatusov R.L., Koonin E.V., Lipman D.J. A genomic perspective on protein families // Science. 1997. V. 278(5338). P. 631–637. https://doi.org/10.1126/science.278.5338.631
  38. Trifinopoulos J., Nguyen L.T., von Haeseler A., Minh B.Q. W-IQ-TREE: a fast online phylogenetic tool for maximum likelihood analysis // Nucl. Acids Res. 2016. V. 44. P. 232–235. https://doi.org/10.1093/nar/gkw256
  39. Ueki A., Kodama Y., Kaku N., Shiromura T., Satoh A., Watanabe K., Ueki K. Rhizomicrobium palustre gen. nov., sp. nov., a facultatively anaerobic, fermentative stalked bacterium in the class Alphaproteobacteria isolated from rice plant roots // J. Gen. Appl. Microbiol. 2010. V. 56(3). P. 193–203. https://doi.org/10.2323/jgam.56.193
  40. Urakami T., Sasaki J., Suzuki K-I., Komagata K. Characterization and description of Hyphomicrobium denitrificans sp. nov. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 1995. V. 45(3). P. 528–532. https://doi.org/10.1099/00207713-45-3-528
  41. Van Aken B., Peres C.M., Doty S.L., Yoon J.M., Schnoor J.L. Methylobacterium populi sp. nov., a novel aerobic, pink-pigmented, facultatively methylotrophic, methane-utilizing bacterium isolated from poplar trees (Populus deltoides×nigra DN34) // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 1995. V. 54(4). P. 1191–1196. https://doi.org/10.1099/ijs.0.02796-0
  42. Verma M., Kumar M., Dadhwal M., Kaur J., Lal R. Devosia albogilva sp. nov. and Devosia crocina sp. nov., isolated from a hexachlorocyclohexane dump site // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2009. V. 59(4). P. 795–799. https://doi.org/10.1099/ijs.0.005447-0
  43. Zhang L., Song M., Cao Q., Wu Sh., Zhao Y., Huang Y.-W., Chen K., Li S.-P., Xia Z.-Y., Jiang J.-D. Camelimonas fluminis sp. nov., a cyhalothrin-degrading bacterium isolated from river water // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2015. V. 65. P. 3109–3114. https://doi.org/10.1099/ijs.0.000384

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (345KB)
Метаданные
3.

Скачать (400KB)
Метаданные

© Т.А. Панкратов, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».