Обзор генома и протеома бактерии Paenibacillus odorifer

Михайлова Екатерина

Резюме

В данной работе содержится анализ генома и протеома бактерии Paenibacillus odorifer. Посчитаны GC-skew и частоты стоп-кодонов, построена гистограмма длин белков, показано распределение генов по цепям ДНК.

Ключевые слова: геном, протеом, бактерия, Paenibacillus odorifer

1. Введение

Paenibacillus odorifer – грамположительная, спорообразующая бактерия, была выделена из лука-порея и других продуктов питания [1]. Показано, что данная бактерия способствует порче молока [2,3], ее споры стабильны к термической обработке, а адаптации, связанные с холодовым шоком [6], позволяют расти при температурах охлаждения на протяжении всего хранения молока, вызывая протеолиз и липолиз [2-5]. Также P. odorifer способна к нитрат и нитрит редукции [7]. Целью работы является изучение генома и протеома данной бактерии

2. Методы

Информация о геноме и протеоме получена из базы данных NCBI [8].

Для построения графика 1 была использована программа GenSkew[9]. Данная программа строит график интегрального значения (cumulative GC-skew) в определенном диапазоне(window), по позициям идут с некоторым шагом(step). Также на основе графика выводятся значения максимума и минимума. Window и step программа выбирает автоматически, на основе предложенного генома.

Код, с помощью которого получены данные из таблицы 1, был написан на языке Python, вместе с пояснениями его можно найти по ссылке в разделе “Сопроводительные материалы”.

Для составления рисунка 1, таблицы 2 и 3 была использована программа Google sheets, и ее функции: СРЗНАЧ, СТАНДОТКЛОНП, МЕДИАНА, МИН, МАКС – для получения статистических данных протеома; СЧЁТЕСЛИМН, BINOM.DIST – для нахождения количества генов на цепях и оценки случайности. (ссылки на таблицы приведены в разделе “Сопроводительные материалы”.

3. Результаты и обсуждение

3.1 Стандартные данные о геноме

Геном Paenibacillus odorifer состоит из одной кольцевой хромосомы и имеет длину 6,8 Mb, что является средним значением для рода Paenibacillus [10]. GC-состав данной бактерии равен 44,1 % [11], это немного меньше GC-состава бактерии Paenibacillus sp. JDR-2 (50,3 %) из того же рода [12]. Не очень высокий GC-состав согласуется с тем, что бактерия не является термофильной.

3.2 GC-skew

GC-skew представляет собой соотношение между нуклеотидами G (гуанин) и C (цитозин) и вычисляется по формуле:

𝐺𝐶 𝑠𝑘𝑒𝑤 = (𝑛(𝐺) + 𝑛(𝐶))/(𝑛(𝐺) − 𝑛(𝐶))

где n(G), n(C) – число нуклеотидов G и С. С его помощью можно найти точку начала и терминации репликации, для этого вычисляется cumulative GC-skew, который представляет собой сумму всех GC-skew, посчитанных ранее. Известно, что минимуму GC-skew соответствует точка начала репликации (oriC), а максимуму – точка терминации репликации (ter).

С помощью программы[9] построен график cumulative GC-skew вдоль генома Paenibacillus odorifer, window и step равны 6812 п.н.

Минимум cumulative GC-skew равен 0, а максимум – 3603548. Значит предположительные oriC и ter соответственно равны 0 и 3603548.

3.3 Частоты стоп-кодонов в кодирующих последовательностях

Частоты стоп-кодонов приведены в таблице 1

Данные подтверждают гипотезы, приведенные в статье[13]: высокая частота кодона TAA может быть связана тем, что TAA может узнаваться и фактором терминации RF1 и фактором терминации RF2, в то время как TGA и TAG – только одним

Также бактерия предпочтительнее использует TAA при низком GC-составе, что как раз характерно для Paenibacillus odorifer.

Таблица 1

Стоп-кодон	TAG	TAA	TGA
Количество	1292	3355	1260

3.4 Гистограмма длин белков

На рисунке 1 представлена гистограмма длин белков с карманом 40, согласно этим данным наибольшее количество белков имеет длину 280-300 аминокислотных остатков.

Также проведены статистические расчеты, данные представлены в таблице 2. Средняя длина равна 330, самый короткий белок имеет длину 25 аминокислотных остатков, а самый длинный – 2655.

Таблица 2. Статистические данные

Показатель	Значение
Среднее	330
Стандартное отклонение	233
Медиана	289
Минимальное значение	25
Максимальное значение	2655

3.5 Распределение генов по цепям

В таблице 3 приведено распределение генов по двум цепям ДНК, а также приведена степень случайности.

Когда степень случайности низкая, в данном случае у генов, кодирующих белки, и у псевдогенов (гены, которые когда-то кодировали белок, но утратили эту возможность) можно сказать, что такое распределение по цепям возникло под влиянием каких-то факторов и возможно имеет важное для бактерии значение.

В случае когда степень случайности велика, как у генов транспортных РНК, можно сделать противоположный вывод.

Степень случайности распределения генов рибосомальных РНК оценить затруднительно, нельзя сказать точно, имеет ли для бактерии значение, расположен ген на “+” или “-” цепи.

Таблица 3. Распределение генов по цепям

Название	На “+” цепи	На “-” цепи	Степень случайности
gene protein_coding	2841	3018	0,022
pseudogene	37	22	0,067
rRNA	18	12	0,362
tRNA	40	47	0,520

4. Сопроводительные материалы

1. Код stop codon
2. Гистограмма длин белков и статистика
3. Распределение генов по цепям

5. Благодарность

Благодарю преподавательский состав за помощь в освоении новых методов, которые помогли мне написать этот мини-обзор.

6. Список источников