Octadecabacter antarcticus
Введение
Введение
Octadecabacter antarcticus — гетеротрофная, психрофильная бактерия, обитающая в антарктических льдах. Род Octadecabacter назван за состав жиров: они имеют октадекановые жирные кислоты (18:1), которые составляют свыше 70% от общего содержания жирных кислот. Распространен род биполярно: O. arcticus — в Актике, O. antarcticus — в Антарктиде, что имеет биогеографический интерес. [1]
Геном обладает высокой пластичностью из-за высокой плотности и необычности мобильных элементов. Благодаря горизонтальному переносу генов эта бактерия может существовать в экстремально холодных условиях. Например гены рода, кодирующие новую подгруппу ксантородопсинов, которые способны связывать 4-кетокаротеноиды. [2]
Кроме того у бактерии есть алкангидролаза длинноцепочечных углеводородов, что позволяет бактерии разлагать нефть (помимо липидов водорослей, обитающих во льдах). [3] Данная работа посвящена анализу генома O. antarcticus 307.
Материалы и методы
Данные о последовательности генома и протеома были взяты с сайта национального центра биотехнологической информации США (NCBI) [1].
Для анализа GC-состава использовался сценарий, написанный на Python [3]. Для анализа распределения белков по их длинам и оценка случайности распределения генов на “+” и “-” цепях использовались электронные таблицы Google Tables [2].
Результаты и обсуждение
Состав и размер генома
Геном O.antarcticus состоит из хромосомы (CP003740.1) и плазмиды (pOA307_63) некоторые характеристики которых приведены в таблице 1.
Таблица 1. Некоторые характеристики генома O.antrcticus
| Длина, п.н. | GC-состав | |
|---|---|---|
| плазмида pOA307_63 | 62881 | 53% |
| хромосома CP003740.1 | 4812600 | 54,5% |
GC-состав генома сбалансированный (близок к 50%) и практически не отличается для хромосомы и плазмиды.
Генов кодирующих РНК всего 56 из них 6 кодируют рибосомальные РНК, и 44 — тРНК.
Некоторые характеристики протеома
В протеоме бактерии присутствует достаточно много гипотетических белков. некоторые сведения о протеоме представлены в таблице 2.
| Число белков | Относительное содержание | |
|---|---|---|
| Рибосомные белки | 61 | 1.38% |
| Транспортные белки | 460 | 9.71% |
| Гипотетические белки | 823 | 18.58% |
В таблице 3 и на диаграмме 1 можно видеть как белки распределены по длинам. Из статистических данных видно, что на значение среднего повлияли большие белки, поскольку оно завышено по сравнению с ме>
| Характеристика (в аминокислотах) | |
|---|---|
| Средняя длина | 288 |
| Стандартное отклонение | 192.396 |
| Медиана | 257 |
| Максимальная длина | 2105 |
| Минимальная длина | 23 |
На диаграмме 2 виден характер распределения белков по длинам. Наибольшее количество белков имеют длину 100-300 аминокислот.
Анализ GC-состава
Из исследований проведенных ранее известно, что данная бактерия имеет достаточно много генов, доставшихся ей горизонтальным переносом генов [2]. В связи с этим интересно проанализировать GC-состав бактерии по CDS, в предположение, что гены, приобретенные бактерией сравнительно недавно имеют отличный от среднего по CDS GC-состав.
На диаграмме 1 показано распределение генов по GC-составу. Можно видеть “плато” и два “выброса”.
Для анализа выпадающих по GC-составу последовательностей была использована медиана и стандартное отклонение от медианы (MAD), для меньшей чувствительности к выбросам. Медиана GC-состава для всех CDS составила 55.11%, а стандартное отклонение — 3.38%.
Для анализа были взяты последовательности которые превышали медиану на 3 стандартных отклонения и те, которые были меньше на 4 стандартных отклонения.
| id | GC-состав | Название |
|---|---|---|
| WP_187292520.1 | 38.92 | BLUF domain-containing protein |
| WP_015500567.1 | 40.00 | gas vesicle protein GvpG |
| WP_015500201.1 | 40.72 | GIY-YIG nuclease family protein |
| id | GC-состав | Название |
|---|---|---|
| WP_044044294.1 | 66.67 | thiamine phosphate synthase |
| WP_015501771.1 | 66.03 | hydroxyethylthiazole kinase |
| WP_015501767.1 | 65.79 | pyridoxamine 5'-phosphate oxidase family protein |
| WP_015501759.1 | 65.30 | FAD-dependent oxidoreductase |
По результатам BLASTp было выявлено, что с высоким E-value ( например, для Yoonia vestfoldensis E-value составил 1e-158 для гена тиамин фосфат синтазы) последовательности выравниваются на родственные среди Rhodobacteraceae. Из чего нельзя сделать вывод о горизонтальном переносе этих генов. Примечательно, что только для гена газовых везикул GvpG оказалось, что одно из наибольших сходств принадлежит бактерии рода Octadecabacter (O.arcticus).
Заключение
В обзоре были проанализированы основные характеристики генома и протеома бактерии O.antarcticus.
Проанализировав CDS, отличные по GC-составу на более, чем 2 стандартных отклонения от медианы (GC-состава всех CDS) было показано, что так нельзя точно детектировать горизонтально перенесенные гены для данной бактерии.
Сопроводительные материалы
- Данные NCBI по геному и протеому бактерии O.antarcticus.
- Электронная таблица с некоторыми характеристиками генома и протеома.
- Сценарий на Python для анализа GC-состава генома.
- Инструмент BLAST на сайте NCBI.
Источники
- Gosink, J. J., Herwig, R. P., & Staley, J. T. (1997). Octadecabacter arcticus gen. nov., sp. nov., and O. antarcticus, sp. nov., Nonpigmented, Psychrophilic Gas Vacuolate Bacteria from Polar Sea Ice and Water. Systematic and Applied Microbiology, 20(3), 356–365.
- Vollmers, J., Voget, S., Dietrich, S., Gollnow, K., Smits, M., Meyer, K., Daniel, R. (2013). Poles Apart: Arctic and Antarctic Octadecabacter strains Share High Genome Plasticity and a New Type of Xanthorhodopsin. PLoS ONE, 8(5), e63422.
- Bowman, J. S., & Deming, J. W. (2014). Alkane hydroxylase genes in psychrophile genomes and the potential for cold active catalysis. BMC Genomics, 15(1), 1120.