Биоинформатика

Краткий обзор генома и протеома бактерии

Erwinia amylovora CFBP1430

Стогниенко П.С.

Факультет биоинженерии и биоинформатики МГУ имени М.В. Ломоносова

Резюме:. В данном обзоре исследованы геном и протеом бактерии Erwinia amylovora CFBP1430. Изучены распределение длин белков и число различных РНК-кодирующих последовательностей в каждом репликоне бактерии

1.Введение

Erwinia amylovora CFBP 1430 - бактерия, которая вызывает огневку, бактериальное заболевание, которое влияет на все виды растений группы Pomoideae. Бактерия разрушительно воздействует на грушевые и яблоневые деревья, а также на ряд декоративных растений, включая Crataegus, Cotoneaster и Pyracantha. На неподходящих растениях (например, табаке) E. amylovora вызывает типичную гиперчувствительную реакцию (HR). Механизм развития огневки, хотя и исследовался на протяжении нескольких лет, до сих пор в основном неизвестен. Род Erwinia включает разные виды бактерий, которые могут быть патогенными или непатогенными для растений. Некоторые виды из этого рода, такие как E. amylovora, E.pyrifoliae, E.piriflorinigrans и Erwinia sp. из Японии, вызывают похожие симптомы на семечковых плодовых деревьях. Они отличаются по степени агрессивности и хозяевам. Общей характеристикой этих видов является наличие плазмид одинакового размера, около 30 т. п. н.. Кроме того, они имеют схожее генетическое содержание, особенно в генах, связанных с продукцией экзополисахаридов, которые играют роль в их вирулентности. Известно, что плазмиды определенного размера в роде Erwinia содержатся у разных видов, таких как E. amylovora, E.pyrifoliae и других, и эти плазмиды могут играть роль в их патогенности и эволюции. Сравнительный генетический анализ этих бактерий может помочь в понимании их происхождения и эволюции, а также определиться с уровнем симптомов, которые они вызывают. Наиболее значимым патогенным видом в роде Erwinia является E. amylovora, которая вызывает бактериальный ожог у многих семечковых плодовых деревьев, таких как груша, яблоня, айва и другие. Эта бактерия может вызывать симптомы в различных органах растений. Поселившись на дереве, E. amylovora начинает расти и проникает в старые ткани, вызывая их гибель. Это может происходить настолько быстро, что листья не успевают опасть. Молодые деревья более восприимчивы к инфекции, и они могут легко погибнуть от нее, в то время как взрослые деревья могут выжить, но существуют высокие экономические потери. E. amylovora встречается по всему миру, включая Северную Америку, Европу, Восточное Средиземноморье и некоторые страны Тихоокеанской Азии и Северной Африки. Изучение генетики и эволюции этой бактерии может помочь в более эффективном контроле и предотвращении распространения бактериального ожога и снижении экономических потерь.

1.1 Таксономическое положение [2]

Надцарство: Cellular organisms

Царство: Bacteria

Тип: Pseudomonadota

Класс: Gammaproteobacteria

Отряд: Enterobacterales

Семейство: Erwiniaceae

Род: Erwinia

Вид: Erwinia amylovora

1.2 Фотографии штаммов [6]

2. Методы

Хромосомная таблица получена с сайта NCBI [1]. Обработка данных производилась с помощью Google sheets. Использовались различные функции данной программы, а также построение гистограммы. Соответствующими генам белков считались строчки, в колонках “#feature” которых значится “CDS”. С помощью фильтра я убирала повторяющиеся и неподходящие под условия значения. В пункте 3.1 мной было подсчитано распределение длин белков, и на основе этих данных построена гистограмма. В пункте 3.2 я также 1.2 Фотографии штаммов Фотографии штаммов Erwinia amylovora CFBP 1430, полученные с помощью трансмиссионного электронного микроскопа (TEM). пользовалась Google sheet. В основе обоих пунктов лежит написание формул для подсчета и сортировки значений. Для написания таксономии бактерии [2], введения [3], поиска фотографии [4] я пользовалась указанными ( через гиперссылки ) интернет источниками.(Они также указаны в литературе).

3.Результаты

3.1 Распределение длин белков

Как видно из гистограммы 1 большая часть белков имеет последовательность из 100-700 аминокислотных остатков. Самый длинный белок длиной 7025 а.о. относится к non-ribosomal peptide synthetase. У данной бактерии всего несколько таких белков и все они имеют достаточно большую длину: 1000+ а.о.

Таблица 1.

3.1.1 Гистограмма: распределение длин белков

3.2 Кодирующие последовательности. Типы РНК.

3.2.1 Количество разных типов РНК для каждого репликона

Таблица 2.

У изучаемой в миниобзоре бактерии мы видим несколько видов различных РНК. И прежде чем перейти к выводам нужно разобраться в терминологии и с каждым типом РНК. Для начала разберемся, что такое CDS. CDS - это кодирующая область , или кодирующая последовательность (CDS, англ. — coding sequence) — последовательность нуклеотидов в ДНК или РНК, которая соответствует последовательности аминокислот в белке. У Erwinia amylovora CFBP 1430 всего 3338 кодирующих областей в хромосоме и 29 в плазмиде. tmRNA - это небольшая РНК длиной от 260 до 430 нуклеотидов, которая участвует в высвобождении рибосом, «застрявших» во время трансляции проблемных участков мРНК, а также разрушении получившихся в ходе неполной трансляции дефектных пептидов. Механизм высвобождения рибосомы с дефектной мРНК при участии тмРНК получил название транс-трансляции. Активность тмРНК необходима для выживания бактерий в неблагоприятных условиях внешней среды и для регуляции некоторых физиологических процессов в клетках. Анализ многочисленных бактериальных геномных последовательностей показал, что тмРНК и транс-трансляция есть в каждой бактериальной клетке. Поэтому факт нахождения данной РНК у исследуемой бактерии в геноме неудивителен. Что касается остальных РНК, их соотношение довольно типично, поэтому далее мы поговорим о плазмидах.

3.2.2 Плазмида

Плазмиды - это молекулы ДНК, которые находятся вне хромосомы и могут самостоятельно реплицироваться и транскрибироваться. Они широко распространены у прокариотических клеток. Плазмиды играют роль в адаптации бактерий, предоставляя им специфические гены, которые помогают выживать или размножаться в неблагоприятных условиях. Они также способствуют эволюции бактерий, придавая им различные особенности, такие как устойчивость к антибиотикам или способность к симбиозу. Фитопатогенные бактерии часто обладают плазмидами, которые влияют на их приспособленность, вирулентность или метаболические характеристики.

4 Заключение

В геноме бактерии Erwinia amylovora CFBP 1430 наиболее распространены белки в диапазоне от 100-700 аминокислотных остатков. Но есть и маленькие (14), и большие (7025). В геноме присутствуют все типы РНК. А также у исследуемой бактерии присутствует довольно большое количество кодирующих участков в плазмиде, что “косвенно” свидетельствует о ее способности к адаптации к изменениям внешней среды.

5 Сопроводительные материалы

1.Таблица генома:Stognienko_genome

2.Рис 1. Фотографии штаммов Erwinia amylovora CFBP 1430, полученные с помощью трансмиссионного электронного микроскопа (TEM).

3.Гистограмма 1.

4.Таблица 1.

5.Таблица 2.