Мини-обзор бактерии Xanthomonas fragariae

Ястребова Дарья Михайловна, Факультет биоинженерии и биоинформатики Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова

Введение

Клубника (род Fragaria) - растение, имеющее большое экономическое значение для стран, занимающихся культивированием и экспортом плодов этой культуры [1]. Как и многие другие растения, клубника подвержена заболеваниям, вызываемыми фитопатогенами [1]. Один из них - Xanthomonas fragariae [1, 2, 3].

Xanthomonas fragariae - аэробная, грамотрицательная, неподвижная (однако встречаются клетки с одним жгутиком) бактерия, поражающая проводящую систему растения [2, 4]. Впервые эта бактерия была описана в 1962 году в штате Миннесота, США [2, 5]. На сегодняшний день заболевание, вызываемое X. fragariae, наиболее всего распространено в Северной Америке, Центральной и Северной Европе [4].

Течение заболевания, вызываемое X. fragariae: Сначала бактерия поражает абаксиальную сторону листа, образуя пятна с вязкой, водянистой жидкостью [1].

Пятна с вязкой жидкостью на абаксиальной стороне листа. ©William W. Turechek USDA ARS.
Пятна с вязкой жидкостью на абаксиальной стороне листа. ©William W. Turechek USDA ARS.
Затем происходит разрастание пятен и их появление на адаксиальной стороне листа [1].
Пятна на адаксиальной стороне листа. ©Florida Division of Plant Industry, Florida Department of Agriculture and Consumer Services.
Пятна на адаксиальной стороне листа. ©Florida Division of Plant Industry, Florida Department of Agriculture and Consumer Services.
Впоследствии происходит поражение всех листьев растения, чашелистиков клубники; пятна приобретают некротический характер [1, 4, 6].
Некротические пятна на листьях клубники. ©Mery Couto(Fortes 2005) Embrapaю
Некротические пятна на листьях клубники. ©Mery Couto(Fortes 2005) Embrapa.
Экспорт продуктов позволяет экономике государства развиваться, увеличивая его ресурсы. Поэтому важно изучать организмы, поражающие ценные для страны культуры растений. В этом мини-обзоре было приведено небольшое исследование генома и протеома Xanthomonas fragariae.

Материалы и методы

Материалы, которые были использованы для написании мини-обзора:

  1. Последовательность генома Xanthomonas fragariae в формате FASTA.
  2. Таблица особенностей генома бактерии.

Методы, которые были использованы для написания мини-обзора:

  1. Для обработки данных и анализа геномных таблиц было использовано программное обеспечение “Google-Docs”.
  2. Программирование на языке Python.

Ссылки на приведённые выше материалы и методы находятся в разделе "Сопроводительные материалы".

Результаты и обсуждение

Стандратные данные о геноме

Геном Xanthomonas fragariae состоит из одной кольцевой хромосомы и двух плазмид. Название, размер, GC-состав этих молекул отображены в Таблице 1.

Тип Название Размер (п.н.) GC-состав(%)
Кольцевая хромосома 1 4272102 62,3
Плазмида pPD885-27 27106 59,9
Плазмида pPD885-29 29233 57,8
Таблица 1. Состав и размер генома.

В процессе исследования генома и протеома бактерии была построена гистограмма распределения длин продуктов её белок-кодирующих генов, которая приведена на Рис.1.

Рис. 1. Гистограмма распределения длин белок-кодирующих генов Xanthomonas fragariae. На оси X заданы интервалы длин белков в аминокислотных остатках. На оси Y - число белков определённого интервала длин. Из диаграммы следует, что средняя длина белков находится в интервале 150-240 аминокислотных остатков.
Рис. 1. Гистограмма распределения длин белок-кодирующих генов Xanthomonas fragariae. На оси X заданы интервалы длин белков в аминокислотных остатках. На оси Y - число белков определённого интервала длин. Из диаграммы следует, что средняя длина белков находится в интервале 150-240 аминокислотных остатков.

Во время изучения Xanthomonas fragariae был проведён анализ нуклеотидного состава геномных ДНК. Его результаты приведены в Таблице 2.

Название ДНК A T G C
Кольцевая хромосома 1 803189 809042 1331863 1328008
Плазмида pPD885-27 5559 5312 8223 8012
Плазмида pPD885-29 6106 6239 8781 8107
Всего нуклеотидов 814854 820593 1348867 1344127
Таблица 2. Нуклеотидный состав геномных ДНК.

Из результатов видно, что общее количество нуклеотидов 'A' (814854) соответствует количеству 'T' (820593) с небольшой разницей. То же самое наблюдается и для количества нуклеотидов 'G' (1348867) и 'C' (1344127). Следовательно, второе правило Чаргаффа выполнено.

Данные о белок-кодирующих генах

В процессе исследования генома Xanthomonas fragariae было установлено, что количество белков на "+" цепи на 101 меньше, чем на "-" цепи. Данные о количестве белков на кольцевой хромосоме, белков на плазмидах pPD885-27, pPD885-29, рибосомальных, гипотетических и транспортных приведены в Таблице 3.

Количество % от содержания всех белков
Всего белок-кодирующих генов 3279 100
Белков на "+" цепи 1597 48,7
Белков на "-" цепи 1698 51,8
Белков на хромосоме 3201 97,6
Белков на плазмиде pPD885-27 41 1,3
Белков на плазмиде pPD885-29 37 1,1
Рибосомальных белков 60 1,8
Транспортных белков 135 4,1
Таблица 3. Статистические данные о белках протеома Xanthomonas fragariae.

Данные о белок-кодирующих генах

В геноме X.fragariae всего 101 РНК-кодирующий ген, из которого рРНК-кодирующих генов 22, тРНК-кодирующих генов - 54. Процентное отношение числа РНК-кодирующих генов к числу белок-кодирующих генов составляет 3,08%. Все данные о РНК-кодирующих генах исследуемой бактерии приведены в Таблице 4.

Количество
Всего РНК-кодирующих генов 101
рРНК-кодирующих генов 22
тРНК-кодирующих генов 54
Белок-кодирующих генов 3279
Таблица 4. РНК-кодирующие гены.

Сопроводительные материалы

  1. GCF_900183975.1_PD885.1_genomic.fna - содержит геном Xanthomonas fragariae в формате FASTA
  2. GCF_900183975.1_PD885.1_feature_table.txt - таблица особенностей генома исследуемой бактерии
  3. Геномная таблица
  4. Сценарий кода на языке Python (с помощью него было посчитано количество нуклеотидов в геноме, GC-состав)

Список литературы

  1. Michael Gétaz, Joanna Puławska, Theo H.M. Smits, Joël F. Pothier. Host-Pathogen Interactions between Xanthomonas fragariae and Its Host Fragaria ⨯ ananassa Investigated with a Dual RNA-seq Analysis. MDPI. 2020.
  2. J.S. Hartung. C.C. Goin, K.S. Lewers, J.L. Maas. Identification of Sources of Resistance to Bacterial Angular Leafspot Disease of Strawberry. Acta Horticulturae. 2002.
  3. William W. Turechek, Natalia A. Peres. Heat Treatment Effects on Strawberry Plant Survival and Angular Leaf Spot, Caused by Xanthomonas fragariae, in Nursery Production. APS Publications. 2009.
  4. Некоторые фотографии, иллюстрирующие течение заболевания, вызываемое X.fragariae
  5. Kennedy, B. W., and King, T. H. Angular leaf spot of strawberry caused by Xanthomonas fragariae sp. 1962.
  6. José Ricardo Liberato, Mery Couto, Patricia S. McManus, Esther Moltmann. Angular leaf spot of Strawberry (Xanthomonas fragariae). 2007.