Карелсулия Мюллери
« Кандидат Карелсулия Мюллери» | |
---|---|
Научная классификация | |
Домен: | |
Тип: | |
Сорт: | |
Заказ: | |
Семья: | |
Род: | « Кандидат Карелсульсия» |
Биномиальное имя | |
« Кандидат Карелсулия Мюллери» Я поправил. Моран и др . 2005 г. [ 2 ]
| |
Синонимы [ 4 ] | |
« Ca. Sulcia muelleri» Moran et al . 2005, номен. Нелегально. |
Candidatus , muelleri — аэробная грамотрицательная палочка . к принадлежащая типу Bacteroidota Karelsulcia [ 2 ] « Ca. K. muelleri» — это облигатный и мутуалистический симбиотический микроб, обычно занимающий специализированные клеточные отсеки насекомых, питающихся соком, называемые бактериоцитами . [ 2 ] В большинстве исследований, проведенных на " Ca. K. muelleri", подробно описаны его взаимоотношения с хозяином Homalodisca vitripennis . [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] Другие исследования документально подтвердили природу его проживания у других насекомых, таких как кукурузная цикадка ( Cicadulina ) или плевательница ( Cercopoidea ). [ 8 ] [ 9 ] « Ca. K. muelleri» известен своим исключительно минимальным геномом , и в настоящее время считается, что он имеет наименьший из известных секвенированных геномов Bacteroidota, составляющий всего 245 тысяч оснований. [ 8 ]
Открытие
[ редактировать ]« Ca. K. muelleri» был классифицирован под микроскопом в 2005 году биологом-эволюционистом Нэнси А. Моран . [ 2 ] Эндосимбионт ) был обнаружен в рассеченном бактериоците плевательницы ( Calstopter arizonana . [ 2 ] Род Candidatus Sulcia назван в честь Витваржени Карела Шульца , моравского эмбриолога, который был одним из первых ученых, осознавших, что бактериом насекомых является органом, в котором обитают бактерии. [ 2 ] В 2017 году название было изменено на « Ca. Karelsulcia», чтобы избежать нарушения номенклатурного кода, поскольку Sulcia уже является родом пауков. [ 3 ] Вид, muelleri , был назван в честь Х. Дж. Мюллера (не путать с Германом Йозефом Мюллером ), который в 1960 году предположил, что существует параллельная эволюционная история между эндосимбионтами и избранной кладой насекомых-хозяев, известных как Auchenorryncha . [ 2 ] « Ca.K.muelleri » относится к отряду Flavobacteriales . В настоящее время он не отнесен к какому-либо таксономическому семейству. [ 10 ]
Морфология
[ редактировать ]известно немного О морфологии Ca. K. muelleri .
« Ca. K. muelleri» представляет собой палочковидную бактерию длиной 5–7 мкм, диаметром 0,7 мкм и шириной 2–5 мкм. [ 8 ] Поскольку у « Ca. K. muelleri» отсутствует большинство генов, ответственных за деление клеток и синтез мембран, иногда наблюдается его удлинение до необычной длины - до 100 мкм в течение части своего жизненного цикла. [ 8 ]
Как и все другие флавобактерии , « Ca. K. muelleri» является грамотрицательным .
Филогения
[ редактировать ]Было обнаружено, что филогения « Ca. K. muelleri» соответствует филогении клады Hemiptera , Auchenorryncha . [ 11 ] По оценкам, первая ассоциация между Ca. K. muelleri и Auchenorryncha произошла где-то между 260 и 280 миллионами лет назад. [ 11 ] Дальнейшие данные подтверждают идею о том, что « Ca. K. muelleri» эволюционировала совместно с другой симбиотической линией из таксономического класса Betaproteobacteria . [ 11 ] Результат этой совместной эволюции можно заметить по тому факту, что и « Ca. K. muelleri», и его хозяин оставляют производство кофактора и витаминов другому участнику симбиотических отношений. Хотя соседи « Ca. K. muelleri» не всегда относятся к классу Betaproteobacteria, современные анализы показали, что они часто принадлежат к классу Betaproteobacteria. [ 7 ] Предполагается, что предок бетапротеобактерий разделился на роды Zinderia , Nasuia и Vidania . [ 11 ]
В настоящее время существует девять уникальных штаммов Ca. K. muelleri, которые были идентифицированы с помощью полной последовательности генома. [ 10 ] Всех их можно найти здесь. [ 12 ]
« Candidatus Karelsulcia» и флавобактерии.
[ редактировать ]Дерево ниже демонстрирует положение « Ca. K. muelleri» по отношению к некоторым другим представителям класса Flavobacteriia . Дерево было построено путем сравнения пептидных последовательностей десяти различных типов белков. В качестве белков использовали бета-субъединицу ДНК-полимеразы III , фактор инициации IF-2, лейцил-тРНК-синтетазу , бета-субъединицу фенилаланин-тРНК-лигазы , VARS , фактор элонгации Tu, бета-субъединицу РНК-полимеразы и рибосомальные белки L2. , S5 и S11. [ 8 ] В то время как « Ca. K. muelleri» обитает в теле хозяев Auchenorryncha , другие представители Flavobacteriia обитают в пресноводных водоемах и почвах. [ 13 ] Вывод в отношении длинного изолированного участка ветви « Ca.K. muelleri» заключается в том, что имела место высокая частота замен пар оснований , что привело к заметным генетическим различиям между « Ca.K. muelleri» и большинством других флавобактерий. . [ 8 ]
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Филогения с использованием 120 бактериальных маркеров из известных геномов (см. GTDB ) относит бактерию к семейству Blattabacteriaceae . Используя 11 полных геномов приемлемого качества, база данных способна определить две группы на видовом уровне. [ 1 ]
Геномика
[ редактировать ]" Ca.K.muelleri ". Штамм GWSS [ 14 ] Геном был полностью секвенирован в Институте генома Макдоннелла с использованием секвенирования красителем Illumina . [ 8 ] Геном представляет собой исключительно редуцированный геном , где генетический диапазон Ca. K. muelleri составляет лишь 10% от такового у Escherichia coli . [ 5 ] Он состоит из одной кольцевой хромосомы длиной 245 530 тысяч оснований . нет Ни плазмид, ни каких-либо других мобильных генетических элементов . [ 15 ] Геном содержит в общей сложности 263 гена: 227 генов белков, 36 генов РНК и один псевдоген . [ 15 ] Из 227 различных полипептидов 99 являются ферментами и еще 9 — транспортными белками . [ 15 ] Содержание GC составляет 22,4%. [ 15 ]
Отличительной особенностью генома Ca.K.muelleri является наличие трех уникальных последовательностей рРНК в положениях (486-504), (1001-1016), (1418-1431). Последствия этих уникальных последовательностей не определены. [ 2 ]
Уменьшенный геном
[ редактировать ]Геном « Ca.K.muelleri » — это то, что ученые называют редуцированным геномом ; его классифицируют по очевидной эволюционной утрате многих якобы важных генов, связанных с такими процессами, как репарация ДНК , трансляция или клеточных мембран . биосинтез [ 8 ] Условия, необходимые для редукции генома , могут быть многогранными, однако они часто предполагают некоторую форму стабильности. [ 16 ] Возникновение редукции генома поднимает интересные вопросы о том, каковы минимальные требования для функционирования генома. В настоящее время ученые проверяют свои гипотезы по этому поводу, создавая собственные уменьшенные геномы. [ 17 ]
Симбиоз
[ редактировать ]« Ca. K. muelleri» — симбионт группы насекомых, относящихся к подотряду Auchenorryncha . [ 6 ] Обычными хозяевами являются цикады , цикадки , цикадки , плевки и цикадки . [ 2 ] « Ca. K. muelleri» всегда обнаруживается совместно с хозяином другого бактериального эндосимбионта из типа Pseudomonadota . [ 8 ] Например, « Ca. K. muelleri» и « Candidatus Zinderia Insecticola » обитают в бактериоме некоторых видов плевательниц. [ 8 ]
Было обнаружено, что симбионты, связанные с насекомыми, имеют схожий набор особенностей. Все симбионты, по-видимому, обладают уменьшенным геномом, имеют высокое содержание GC и имеют более частую скорость замены пар оснований по сравнению с их свободноживущими предками. [ 8 ]
Благодаря симбиозу хозяева могут использовать метаболические пути, которые они не смогли бы использовать, если бы их эндосимбионты отсутствовали; Одним из подходящих примеров является способность насекомых, питающихся соком, выживать за счет относительно бедных питательными веществами источников пищи, например, ксилемы и флоэмы . [ 8 ]
Симбиоз со стеклокрылым снайпером
[ редактировать ]Большая часть современных исследований природы симбиоза между Ca. K. muelleri и его хозяевами проведена на стеклокрылом снайпере . [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] « Ca.K.muelleri » всегда обнаруживается внутри бактериоцита хозяина вместе по крайней мере с одним другим эндосимбионтом; Штамм GSWW « Ca. K. muelleri» обнаружен в составе стрелка со стекловидными крыльями вместе с гаммапротеобактерией Baumannia cicadellicola . [ 8 ] Геномный анализ выявил соответствующие метаболические роли друг друга членов этого симбиотического треугольника. [ 8 ] Стеклокрылый снайпер, питающийся ксилемой растений, снабжает двух эндосимбионтов простыми аминокислотами и источниками углерода. В свою очередь, « Ca.K.muelleri » использует основные материалы для синтеза сложных аминокислот, таких как гомосерин или L-треонин . [ 5 ] Сообщается, что Baumannia cicadellinicola обеспечивает большую часть кофакторов и витаминов для организма. [ 8 ]
Один оставшийся без ответа вопрос об этих симбиотических отношениях заключается в том, как эндосимбионты получают достаточное количество азота. Это предположение возникает из-за разбавленного и бедного питательными веществами ксилемы. [ 8 ] Хотя была выдвинута гипотеза об ассимиляции азота , геномный анализ показывает, что « Ca. K. muelleri» не способен выполнять эту функцию. [ 8 ]
Метаболический обмен
[ редактировать ]Ниже приведена модель симбиотического метаболического обмена, основанная на метаболитах , которые используются « Ca.K.muelleri », и метаболитах, которые продуцируются « Ca.K.muelleri ». [ 5 ] Стеклокрылый снайпер отвечает главным образом за обеспечение Ca. K. muelleri питательными веществами и основными аминокислотами, полученными из ксилемы, которой он питается. « Ca.K.muelleri », в свою очередь, производит более сложные субстраты .
Продюсер: Ca.K.muelleri . | Получено от ' Стеклянистокрылый снайпер '. | Получено из Baumannia cicadellicola. |
---|---|---|
2-кетовалин | цистеин | Эритроза 4-фосфат |
L-треонин | L-серин | Фосфоенолпировиноградная кислота |
гомосерин | L-аспартат | Рибозо-5-фосфат |
L-лизин | Эритроза 4-фосфат | октапренилдифосфат |
LL-2,6-диаминогептандиоат | Рибозо-5-фосфат | щавелевоуксусная кислота |
Биология и обмен веществ
[ редактировать ]« Ca. K. muelleri» обнаруживается в бактериоцитах насекомых-хозяев. [ 2 ] Единственный случай, когда бактериальные клетки не обнаруживаются в отсеках бактериоцитов, — это когда они передаются вертикально от хозяина к потомству хозяина. [ 6 ]
Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что Ca. K. muelleri использует аэробное дыхание . [ 8 ] АТФ синтезируется путем терминации, катализируемой цитохром-с-оксидазой . [ 8 ] Цитохром относится к типу cbb-3 . [ 8 ]
, питающегося соками . Подразумевается, что донором электронов для «Ca. K. muelleri» является некоторый источник углерода, полученный из рациона его хозяина [ 8 ] Некоторыми примерами являются глутамат , малат и глюкоза ; все они содержатся в соке ксилемы. [ 8 ]
Симбионт собирает восстанавливающую энергию в форме НАДН . [ 8 ]
Анализ " Ca. штамма GWSS сокращенного генома K. muelleri" позволяет предположить, что пропорциональное количество генов, сохранившихся в ходе его эволюции, отвечает за биосинтез аминокислот . 21,3% генов, кодирующих белки, предназначены для создания аминокислот , а еще 33% — для процессов, связанных с трансляцией . [ 8 ] « Ca.K.muelleri » обычно способен синтезировать 8 своих незаменимых аминокислот: лейцин , валин , треонин , изолейцин , лизин , аргинин , фенилаланин и триптофан . Некоторые штаммы Ca.K.muelleri не способны вырабатывать аминокислоту триптофан . [ 7 ] Две другие аминокислоты – метионин и гистидин – он получает либо от хозяина, либо от своего ко-симбионта. [ 8 ] Sulcia muelleri отвечает за выработку для своего хозяина двух сложных аминокислот: гомосерина и 2-кетовалина. [ 8 ] « Ca.K.muelleri » лишен полного набора аминоацил-тРНК-синтетаз ; Однако удивительно, что он обладает всеми генами, необходимыми для кодирования всех 20 аминокислот. [ 8 ]
Другие белки, которые производит Ca.K.muelleri , включают пару транспортных белков ; микроб создает белки-переносчики органических катионов , транспортеры, связанные с антибиотиками , и переносчики ионов тяжелых металлов. [ 8 ]
« Ca. K. muelleri» отмечен как содержащий только два гена, отвечающих за выработку кофактора или витамина; эти гены кодируют синтез менахинона . « Ca. K. muelleri» получает большую часть своих кофакторов или витаминов от своего косимбионта. [ 8 ]
« Ca.K.muelleri » имеет минимальный набор генов, отвечающих за ведение хозяйства ДНК . [ 8 ] Единственные гены, отвечающие за репарацию ДНК, — это гены mutL и mutS . [ 8 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «GTDB — Дерево в s__Sulcia muelleri» . gtdb.ecogenomic.org . Проверено 20 декабря 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к Моран, Нэнси А.; Тран, Фат; Херардо, Николь М. (декабрь 2005 г.). «Симбиоз и разнообразие насекомых: древний симбионт насекомых, питающихся соком, из бактериального типа Bacteroidetes » . Прикладная и экологическая микробиология . 71 (12): 8802–8810. Бибкод : 2005ApEnM..71.8802M . дои : 10.1128/aem.71.12.8802-8810.2005 . ПМЦ 1317441 . ПМИД 16332876 .
- ^ Jump up to: а б Орен, Аарон; Гаррити, Джордж М.; Паркер, Чарльз Т.; Чувочина, Мария; Трухильо, Марта Э. (1 июля 2020 г.). «Списки названий прокариотических таксонов Candidatus» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 70 (7): 3956–4042. дои : 10.1099/ijsem.0.003789 .
- ^ Jump up to: а б Орен А. (2017). « Список кандидатов № 0. Призыв к лингвистической точности - в том числе и для таксонов-кандидатов » . Int J Syst Evol Microbiol . 67 (4): 1085–1094. дои : 10.1099/ijsem.0.001715 . ПМИД 27926819 .
- ^ Jump up to: а б с д и Коттрет, Л; Милреу, ПВ; Акунья, В; Маркетти-Спаккамела, А; Стуги, Л; Чарльз, Х; Сагот, МФ (2 сентября 2010 г.). «Графический анализ метаболических обменов между двумя сосуществующими внутриклеточными симбионтами, Baumannia cicadellinicola и Sulcia muelleri , с их насекомым-хозяином, Homalodisca coagulata » . PLOS Вычислительная биология . 6 (9): e1000904. Бибкод : 2010PLSCB...6E0904C . дои : 10.1371/journal.pcbi.1000904 . ПМЦ 2936742 . ПМИД 20838465 .
- ^ Jump up to: а б с д Ву, Д; Догерти, Южная Каролина; Ван Акен, SE; Пай, GH; Уоткинс, КЛ; Хури, Х; Таллон, LJ; Заборский, Ю.М.; Данбар, HE; Тран, Польша; Моран, Северная Каролина; Эйзен, Дж. А. (июнь 2006 г.). «Метаболическая комплементарность и геномика двойного бактериального симбиоза снайперов» . ПЛОС Биология . 4 (6): е188. дои : 10.1371/journal.pbio.0040188 . ПМЦ 1472245 . ПМИД 16729848 .
- ^ Jump up to: а б с д Маккатчеон, JP; Моран, Н.А. (2010). «Функциональная конвергенция редуцированных геномов бактериальных симбионтов, охватывающих 200 млн лет эволюции» . Геномная биология и эволюция . 2 : 708–18. дои : 10.1093/gbe/evq055 . ПМЦ 2953269 . ПМИД 20829280 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа аб и объявление но из в Маккатчеон, JP; Моран, Н.А. (4 декабря 2007 г.). «Параллельная геномная эволюция и метаболическая взаимозависимость в древнем симбиозе» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (49): 19392–7. Бибкод : 2007PNAS..10419392M . дои : 10.1073/pnas.0708855104 . ПМК 2148300 . ПМИД 18048332 .
- ^ Чанг, Х.Х.; Чо, СТ; Канале, MC; Магфорд, Северная Каролина; Лопес, младший; Хогенхаут, ЮАР; Куо, Швейцария (29 января 2015 г.). «Полная последовательность генома Candidatus Sulcia muelleri» ML, обязательного пищевого симбионта кукурузной цикадки ( Dalbulus maidis )» . Геномные объявления . 3 (1): e01483–14. doi : 10.1128/genomeA.01483-14 . ПМЦ 4319508 . ПМИД 25635014 .
- ^ Jump up to: а б « Candidatus Karelsulcia muelleri, штамм GWSS» . Геном КЕГГ .
- ^ Jump up to: а б с д Беннетт, генеральный менеджер; Моран, Н.А. (2013). «Маленький, меньший, самый маленький: происхождение и эволюция древних двойных симбиозов у насекомых, питающихся флоэмой» . Геномная биология и эволюция . 5 (9): 1675–88. дои : 10.1093/gbe/evt118 . ПМЦ 3787670 . ПМИД 23918810 .
- ^ «Результат поиска DBGET: ГЕНОМ Sulcia muelleri » .
- ^ Велкер, Томас; Шумейкер, Крейг; Ариас, Кодованга; Кельсиус, Филипп (28 февраля 2005 г.). «Передача и обнаружение столбчатых флавобактерий у канального сома, Ictalurus Punctatus» . Болезни водных организмов . 63 (2–3): 129–132. дои : 10.3354/dao063129 . ПМИД 15819428 .
- ^ « Кандидат Sulcia muelleri, штамм GWSS NC_010118 хромосом: 1 – 50 000» .
- ^ Jump up to: а б с д Субхравети, Паллави; Онг, Куанг; Холланд, Тим; Котари, Анамика; Ингрид, Кеселер; Каспи, Рон; Карп, Питер Д. «Краткое описание « Candidatus Sulcia muelleri», штамм GWSS, версия 19.0» . БиоЦик .
- ^ Маккатчеон, JP; Моран, Северная Каролина (8 ноября 2011 г.). «Чрезвычайная редукция генома симбиотических бактерий» . Обзоры природы. Микробиология . 10 (1): 13–26. дои : 10.1038/nrmicro2670 . ПМИД 22064560 . S2CID 7175976 .
- ^ Ли, Джун; Сун, Бонг; Ким, Ми; Блаттнер, Фредерик Р.; Юн, Бён; Ким, Юнг; Ким, Сан (2009). «Метаболическая инженерия штамма Escherichia coli с уменьшенным геномом для производства L-треонина» . Заводы по производству микробных клеток . 8 (1): 2. дои : 10.1186/1475-2859-8-2 . ПМЦ 2634754 . ПМИД 19128451 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- KeggGenome — список всех секвенированных на данный момент штаммов Ca.K.muelleri .
- Uniprot.Org — список некоторых секвенированных в настоящее время штаммов Ca. K. muelleri.
- BioCyc.Org - Обзор полного и секвенированного генома Ca. K. muelleri, штамма GWSS.