Az inter-phylum hgt sok mezofil és anaerob baktérium anyagcseréjét alakította ki - a
- Tárgyak
- Összegzés
- Bevezetés
- Eredmények
- Megközelítés a HGT kimutatásában ismert korlátozások leküzdésére
- A megosztott fiziológia és ökológia áll az éles HGT-hálózatok magas szintjén
- A mezofilek között gyakran kiterjedt interphile HGT fordul elő
- A leggyakrabban cserélt gének funkcionális kategóriái
- Az interphile HGT szerepe a baktériumok adaptációjában
- Vita
- Kiegészítő információk
- PDF fájlok
- Kiegészítő anyag
- Excel fájlok
- Kiegészítő táblázat S9
Tárgyak
Összegzés
Bevezetés
A baktériumok a geokémiai ciklusok alapvető lépéseit katalizálják a Föld szinte minden élőhelyén, és partnereik számos eukarióta organizmussal kapcsolatos fontos ökológiai kapcsolatokban (azaz szimbiózis, protokooperáció, verseny). A figyelemre méltó fiziológiai sokféleség egyik legfontosabb mechanizmusa a horizontális géntranszfer (HGT) (Ochman et al., 2000, McDaniel et al., 2010). Valójában a fehérjecsaládok legújabb elemzése azt sugallja, hogy a HGT, és nem a gén duplikáció, a fehérjebővítést és a funkcionális újdonságot vezérelte a baktériumokban, ellentétben a legtöbb eukarióta organizmussal (Treangen és Rocha, 2011). A mikrobiális genomok ezreinek szekvenálása az elmúlt két évtizedben lehetővé tette a HGT események azonosítását különböző időskálákon, az ókortól a legújabb eseményekig, valamint a változatos evolúciós kapcsolatú organizmusok között, a szorosan rokon genomokkal szorosan összefüggésben (Gogarten et al., 2002; Beiko és mtsai, 2005; Ochman és mtsai, 2005; Zhaxybayeva és mtsai, 2009a), feltárva, hogy a HGT befolyásolta a legtöbb, ha nem az összes baktériumcsalád evolúcióját.
Itt kiterjesztjük korábbi legjobb egyezés-elemzésünket (Caro-Quintero és mtsai, 2012) az Archaea és a szabadon élő baktériumok összes rendelkezésre álló teljes genomiális szekvenciájára, hogy kvantitatív módon felmérhessük, hogy az extenzív interfaciális HGT előfordul-e nem extrém környezetekben, és meghatározzuk, melyik környezeti és az ökológiai körülmények kedveznek az ilyen HGT eseményeknek, és hogy mely funkcionális gének kerülnek a leggyakrabban átadásra. A bioinformatikai csővezetékünk minimalizálta a taxonómiai osztályozás és a specifikus filogenetikai csoportok túlreprezentációjának hatását, hogy elfogulatlan mennyiségi becslést nyújtson a HGT-ról minden vizsgált taxonban.
Eredmények
Megközelítés a HGT kimutatásában ismert korlátozások leküzdésére
Teljes méretű kép
A megosztott fiziológia és ökológia áll az éles HGT-hálózatok magas szintjén
Az ökológia és a fiziológia hatását az inter-edge cserére olyan hálózatok létrehozásával értékeltük, amelyek a HGT eseteket reprezentálták. Ezeket a hálózatokat úgy hozták létre, hogy a donorokat és a recipienseket összekapcsolták a HGT statisztikailag szignifikáns jelével (q 0,005 küszöbérték). Két hálózatot építettek ki, egyet az elemzéshez a genom szintjén, egyet pedig az egyes gének szintjén. Az alhálózatokat „N” -nek neveztük el a genomszint (S3 kiegészítő ábra) és „A” (2. ábra) elnevezéssel a génszint-elemzéshez. Az egyes hálózatokon belül egy közösségi klaszterezési algoritmust (Clauset et al., 2004; Newman és Girvan, 2004) használtak arra, hogy az eredeti hálózatot alhálózatokba csoportosítsák, ami maximalizálná a tagjai közötti HGT-kapcsolatokat, vagyis a HGT-t bőségesebbé tennék az egyes hálózatok között. genomok az alhálózatban, összehasonlítva más genomokkal vagy alhálózatokkal. Az elvárások szerint az alhálózaton belüli élek közötti csere az alhálózatokhoz képest 6–37-szer több gént tartalmazott, a figyelembe vett alhálózatoktól függően (2c. Ábra). Az ökológiai és fiziológiai paramétereket egymásra helyeztük az alhálózatokban, hogy értékeljük a megfeleltetést a megfigyelt csoportokkal.
Teljes méretű kép
A genomszinten végzett hálózati elemzésből kiderült, hogy a (megosztott) ökológia és az oxigéntűrés a HGT-t erősen támogatja. A közösségi klaszterezési algoritmus a hálót genomszinten négy alhálózatra osztotta, N1, N2, N3 és N4 (S3 kiegészítő ábra). Az N3 alhálózat kommenzális genomokban és állatokkal vagy emberekkel társult kórokozókban gazdagodott (a teljes genom 64% -a), ami szignifikáns volt ezeknek a genomoknak a gyakorisága függvényében a precusterált referencia genom adathalmazban (P értéke a Smillie és mtsai (2011) cseréjeként kimutatott géneket szintén módszertanunkkal azonosítottuk. Az N2 alhálózat jelentősen gazdagodott a Rhizobiales, Bradyrhizobiaceae és Comamonadaceae (phylum Proteobacteria) alárendelt talajhoz és növényekhez kapcsolódó baktériumokban (a teljes mennyiség kb. 50% -a) ), valamint Streptomycetaceae és Micrococcaceae (Actinobacteria) (P-érték 40% aminosav-azonosság a lekérdezés fehérje hosszának 70% -ánál nagyobb mértékben) korábban kiszámoltuk, hogy a fent említett Sphaerochaeta ugyanazok genomjai az összes gén 40% -át cserélték ki Firmicutes-szal ( Caro-Quintero és mtsai, 2012).