Sulcia muelleri - Sulcia muelleri - Wikipedia

О роду пауков см. Сульча.
Генетическая и метаболическая информация на этой странице получена из Sulcia muelleri, штамм GWSS. Характеристики разных прядей Sulcia muelleri может отличаться. Для получения дополнительной информации о других задокументированных штаммах Sulcia muelleri, кликните сюда.

"Candidatus Sulcia muelleri "
Научная классификация е
Домен:Бактерии
Тип:Bacteroidetes
Учебный класс:Флавобактерии
Заказ:Флавобактерии
Род:
"Candidatus Сульча "
Разновидность:
"Ca. S. muelleri "
Биномиальное имя
"Candidatus Sulcia muelleri "
Моран и другие 2005

"Candidatus Sulcia muelleri " является аэробный, грамотрицательный, бацилла бактерии, входящие в состав филюм Bacteroidetes.[1] S. muelleri является обязать и мутуалистический симбиотический микроб, обычно обитающий в специализированных клеточных компартментах насекомых, питающихся соком, называемых бактериоциты.[1] Большинство исследований выполнено на S. muelleri подробно описал свои отношения с хозяином Homalodisca vitripennis.[2][3][4][5] Другие исследования документально подтвердили природу его обитания у других насекомых, таких как цикадка кукуруза (Цикадулина ) или плевательница (Cercopoidea ).[5][6] Sulcia muelleri отличается исключительно минимальный геном и в настоящее время определяется как имеющий наименьший из известных секвенированных Bacteroidetes геном всего 245 килобаз.[5]

Открытие

S. muelleri был классифицирован под микроскопом в 2005 году эволюционным биологом Нэнси А. Моран.[1] В эндосимбионт был найден в рассеченном бактериоцит плевательницы (Калстоптер Аризонана).[1] Род Сульча назван в честь Vytváření Karel Šulc, а Моравский эмбриолог, который был одним из первых ученых, признавших, что насекомое бактериом это орган, в котором обитают бактерии.[1] Виды, Muelleri, был назван в честь Х. Й. Мюллера (не путать с Герман Йозеф Мюллер ), который предположил в 1960 году, что существует параллельная история эволюции между эндосимбионтами и избранной кладой насекомых-хозяев, известных как Auchenorrhyncha.[1] Sulcia muelleri является членом ордена Флавобактерии. В настоящее время не классифицируется как член какой-либо таксономической семьи.[7]

Морфология

Мало что было задокументировано о морфологии Sulcia muelleri.

Sulcia muelleri это стержневидный бактерии размером 5–7 мкм в длину, 0,7 мкм в диаметре и 2–5 мкм в ширину.[5] Потому что S. muelleri не хватает большинства генов, ответственных за деление клеток и мембранный синтез, иногда наблюдается необычное удлинение до 100 мкм в течение части своего жизненного цикла.[5]

Как и все остальные Флавобактерии, S. muelleri является грамотрицательный.

Филогения

Филогения S. muelleri было обнаружено, чтобы следовать филогенезу Hemiptera клады Auchenorrhyncha.[8] Первая ассоциация между S. muelleri и Auchenorrhyncha, по оценкам, произошли где-то между 260–280 миллионами лет назад.[8] Дополнительные данные подтверждают идею о том, что S. muelleri имеет совместный с другим симбиотический происхождение от таксономического учебный класс Бетапротеобактерии.[8] Результат этой коэволюции можно заметить по тому факту, что оба S. muelleri и его хозяин уйти кофактор и витамин производство другому члену симбиотических отношений. Несмотря на то что Sulcia's сожители не всегда учебный класс Бетапротеобактерии, современные анализы показали, что они часто бывают.[4] Предполагается, что предок Betaproteobacteria диверсифицировался в роды Зиндерия, Насуя и Видания.[8]

В настоящее время существует 9 уникальных сортов S. muelleri которые были идентифицированы с помощью полной последовательности генома.[7] Их все можно найти здесь.[9]

Сульча и флавобактерии

Дерево ниже демонстрирует положение S. muelleri по отношению к некоторым другим членам класса Флавобактерии. Дерево было построено путем сравнения пептидных последовательностей десяти различных типов белков. Использованные белки были ДНК-полимераза III бета-субъединица, фактор инициирования ИФ-2, лейцил-тРНК синтетаза, то фенилаланин — тРНК лигаза бета-субъединица, VARS, коэффициент удлинения Вт РНК-полимераза бета-субъединица, а рибосомальные белки L2, S5 и S11.[5] Где S. muelleri найден занимающим тело Auchenorrhyncha хозяева, другие представители Flavobacteriia обитают в пресноводных водоемах и почвах.[10] Вывод о длинном изолированном отрезке S. muelleri ветвь заключается в том, что была высокая частота замена пары оснований что привело к заметным генетическим различиям между S. muelleri и большинство других флавобактерий.[5]

 
 
 

П. Иргенсии

 
 
 
 
 

Flavobacterium johnsoniae

 
 

Флаво. BAL38

 
 
 
 

Флаво. BBFL7

 
 
 

Флаво. MED212

 
 

Целлулофага

 
 
 
 
 
 
 

S. muelleri

 
 

Геномика

В S. muelleri, штамм GWSS[11] геном был полностью секвенирован на Институт генома Макдоннелла с помощью Секвенирование красителей Illumina.[5] Геном исключительно уменьшенный геном, где генетический диапазон S.muelleri составляет всего 10% от кишечная палочка'с.[2] Он состоит из одной круглой хромосомы размером 245 530 килобазы длинный. Нет ни одного плазмиды ни какой другой мобильные генетические элементы.[12] Всего в геноме 263 гена: 227 генов белков, 36 генов РНК и один ген. псевдоген.[12] Из 227 различных полипептиды, Из них 99 ферменты и еще 9 соток транспортные белки.[12] В GC-контент составляет 22,4%.[12]

Отличительная особенность S. muelleri геном - наличие трех уникальных последовательностей рРНК в положениях (486-504), (1001-1016), (1418-1431). Значение этих уникальных последовательностей не идентифицировано.[1]

Уменьшенный геном

В S. muelleri геном - это то, что ученые называют уменьшенный геном; он классифицируется по очевидной эволюционной потере многих якобы важных генов, связанных с такими процессами, как Ремонт ДНК, перевод или же клеточная мембрана биосинтез.[5] Условия, необходимые для сокращение генома могут быть многогранными, однако они часто предполагают некоторую форму стабильности.[13] Возникновение сокращения генома поднимает интересные вопросы о том, каковы минимальные требования для функционирования генома. Ученые в настоящее время проверяют свои гипотезы по этому поводу, создавая собственные сокращенные геномы.[14]

Симбиоз

S. muelleri это симбионт для группы насекомых, отнесенных к подотряду Auchenorrhyncha.[3] Обычные хозяева цикады, цикадки, цикадки, слюнки, и цикадки.[1] Sulcia muelleri всегда обнаруживается, что его хозяин сосуществует с другим бактериальным эндосимбионтом из типа Протеобактерии.[5] Например, Sulcia muelleri и Candidatus Зиндерия инсектикола оба живут в бактериом избранных видов плевка.[5]

Было обнаружено, что симбионты, связанные с насекомыми, обладают схожим набором функций. Все симбионты обладают сокращенным геномом, имеют высокий GC-контент и нести более частые замена пары оснований рейтинг по сравнению со своими вольноживущими предками.[5]

Потому что симбиоз, хосты могут использовать метаболические пути они не могли бы использовать, если бы их эндосимбионты отсутствовали; Одним из подходящих примеров является способность питающихся соком насекомых выживать за счет относительно бедных питательными веществами источников пищи, например ксилема и флоэма.[5]

Симбиоз со стекляннокрылым снайпером

Большинство современных исследований, посвященных природе симбиоза между Сульча и его хозяева были проведены на стекляннокрылый снайпер.[2][3][4][5] S. muelleri всегда находится внутри бактериоцит хозяина вместе с по меньшей мере одним другим эндосимбионтом; В GSWW напряжение S. muelleri находится внутри стекляннокрылого снайпера вместе с Гаммапротеобактерии, Baumannia cicadellinicola.[5] Геномный анализ выявил соответствующие метаболические роли членов этого симбиотического треугольника.[5] Стрелок со стеклянными крыльями, который питается ксилемой растений, поставляет простые аминокислоты и источники углерода для двух эндосимбионтов. Взамен S. muelleri использует основные материалы для синтеза сложных аминокислот, таких как гомосерин или же L-треонин.[2] Baumannia cicadellinicola Сообщается, что он обеспечивает организм большинством кофакторов и витаминов.[5]

Один без ответа вопрос об этих симбиотических отношениях спрашивает, каким образом эндосимбионты получают достаточное количество азота. Это предположение возникает из-за разбавленной и бедной питательными веществами ксилемы.[5] Несмотря на то что ассимиляция азота была выдвинута гипотеза, геномный анализ предполагает, что S. muelleri не может выполнять эту функцию.[5]

Метаболический обмен

Ниже представлена ​​модель симбиотического метаболического обмена, основанная на метаболиты которые используются Sulcia muelleri и метаболиты, которые производятся Sulcia muelleri.[2] Стеклокрылый снайпер в основном отвечает за обеспечение Sulcia muelleri с питательными веществами и основными аминокислотами, полученными из ксилемы, которой он питается. В Sulcia muelleri, в свою очередь, производит более сложные субстраты.

Произведено Sulcia muelleriПолученные от 'Стеклокрылый снайпер 'Полученные от Baumannia cicadellinicola
2-кетовалинцистеинЭритроза 4-фосфат
L-треонинL-серинФосфоенолпировиноградная кислота
гомосеринL-аспартатРибозо-5-фосфат
L-лизинЭритроза 4-фосфатоктапренилдифосфат
LL-2,6-диаминогептандиоатРибозо-5-фосфатЩавелевоуксусная кислота

Биология и метаболизм

Sulcia muelleri находится в бактериоцитах насекомых-хозяев.[1] Единственный случай, когда бактериальные клетки не обнаруживаются в компартментах бактериоцитов, - это когда они вертикально переносятся от хозяина к его потомству.[3]

Данные свидетельствуют о том, что Sulcia muelleri использует аэробного дыхания.[5] АТФ синтезируется с помощью цитохром с оксидаза катализированное завершение.[5] Цитохром относится к типу cbb-3.[5]

В донор электронов за Sulcia muelleri Подразумевается, что это некий источник углерода, извлеченный из соковой пищи своего хозяина.[5] Некоторые примеры глутамат, малат и глюкоза; все они находятся в ксилемном соке. [5]

Симбионт собирает уменьшающую силу в виде НАДН.[5]

Анализ Sulcia muelleri, нить GWSS's уменьшенный геном предполагает, что пропорциональное количество генов, сохранившихся в течение его эволюции, посвящено аминокислота биосинтез. 21,3% его генов, кодирующих белок, предназначены для создания аминокислоты, а еще 33% посвящены перевод связанные процессы.[5] Sulcia muelleri обычно способен синтезировать 8 своих незаменимых аминокислот: лейцин, валин, треонин, изолейцин, лизин, аргинин, фенилаланин, и триптофан. Некоторые штаммы Sulcia muelleri не способны производить аминокислоту, триптофан.[4] Он получает свои две другие аминокислоты - метионин и гистидин либо от своего хозяина, либо от его со-симбионта.[5] Sulcia muelleri отвечает за выработку двух сложных аминокислот для своего хозяина: гомосерин и 2-кетовалин.[5] Sulcia muelleri не хватает полного набора Аминоацил тРНК синтетазы; Однако удивительно, что он обладает всеми генами, необходимыми для кодирования всех 20 аминокислот.[5]

Другие белки, которые Sulcia muelleri включает в себя пару транспортные белки; микроб создает органические белки-переносчики катионов, антибиотик -зависимые переносчики и переносчики ионов тяжелых металлов.[5]

Sulcia muelleri отмечен как содержащий только два гена, предназначенных для производства кофакторов или витаминов; эти гены кодируют синтез менахинон. Sulcia muelleri получает большинство кофакторов или витаминов от косимбионта.[5]

Sulcia muelleri имеет минимальный набор генов, предназначенных для Домашнее хозяйство ДНК целей.[5] Единственные гены, которые он имеет для восстановления ДНК, - это mutL и MUTS гены.[5]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я Moran, Nancy A .; Тран, Фат; Херардо, Николь М. (декабрь 2005 г.). «Симбиоз и диверсификация насекомых: древний симбионт питающихся капустой насекомых из бактериального PhylumBacteroidetes». Прикладная и экологическая микробиология. 71 (12): 8802–8810. Дои:10.1128 / aem.71.12.8802-8810.2005. ЧВК  1317441. PMID  16332876.
  2. ^ а б c d е Коттрет, L; Milreu, PV; Acuña, V; Маркетти-Спаккамела, А; Стуги, L; Чарльз, H; 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. Bibcode:2010PLSCB ... 6E0904C. Дои:10.1371 / journal.pcbi.1000904. ЧВК  2936742. PMID  20838465.
  3. ^ а б c d Ву, Д; Догерти, Южная Каролина; Ван Акен, ЮВ; Пай, GH; Уоткинс, KL; Khouri, H; Таллон, LJ; Заборский Ю.М.; Данбар, HE; Тран, Польша; Moran, NA; Эйзен, Дж. А. (июнь 2006 г.). «Метаболическая комплементарность и геномика двойного бактериального симбиоза снайперов». PLOS Биология. 4 (6): e188. Дои:10.1371 / journal.pbio.0040188. ЧВК  1472245. PMID  16729848.
  4. ^ а б c d McCutcheon, JP; Моран, Н. А. (2010). «Функциональная конвергенция в редуцированных геномах бактериальных симбионтов за 200 млн лет эволюции». Геномная биология и эволюция. 2: 708–18. Дои:10.1093 / gbe / evq055. ЧВК  2953269. PMID  20829280.
  5. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты v ш Икс у z аа ab ac объявление ае аф аг McCutcheon, JP; Моран, Северная Каролина (4 декабря 2007 г.). «Параллельная геномная эволюция и метаболическая взаимозависимость в древнем симбиозе». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 104 (49): 19392–7. Bibcode:2007ПНАС..10419392М. Дои:10.1073 / pnas.0708855104. ЧВК  2148300. PMID  18048332.
  6. ^ Чанг, HH; Чо, СТ; Canale, MC; Mugford, ST; Lopes, JR; Hogenhout, SA; Куо, Швейцария (29 января 2015 г.). «Полная последовательность генома ML Candidatus Sulcia muelleri, обязательного пищевого симбионта кукурузной цикадки (Dalbulus maidis)». Анонсы генома. 3 (1): e01483–14. Дои:10.1128 / genomeA.01483-14. ЧВК  4319508. PMID  25635014.
  7. ^ а б "Candidatus Sulcia muelleri GWSS". KEGG Геном.
  8. ^ а б c d Беннетт, GM; Моран, Н. А. (2013). «Маленький, меньший, самый маленький: происхождение и эволюция древних двойных симбиозов у ​​насекомых, питающихся флоэмами». Геномная биология и эволюция. 5 (9): 1675–88. Дои:10.1093 / gbe / evt118. ЧВК  3787670. PMID  23918810.
  9. ^ "Результат поиска DBGET: GENOME sulcia muelleri".
  10. ^ Велкер, Томас; Сапожник, Крейг; Арии, Кодованга; Келсиус, Филипп (28 февраля 2005 г.). «Передача и обнаружение Flavobacterium Columnare у канального сома, Ictalurus Punctatus». Болезни водных организмов. 63 (2–3): 129–132. Дои:10.3354 / dao063129. PMID  15819428.
  11. ^ "Candidatus Sulcia muelleri GWSS NC_010118 хромосома: 1 - 50 000".
  12. ^ а б c d 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". BioCyc.
  13. ^ McCutcheon, JP; Моран, Северная Каролина (8 ноября 2011 г.). «Чрезвычайное сокращение генома у симбиотических бактерий». Обзоры природы. Микробиология. 10 (1): 13–26. Дои:10.1038 / nrmicro2670. PMID  22064560.
  14. ^ Ли, Джун; Сун, Бонг; Ким, Ми; Блаттнер, Фредерик Р; Юн, Бён; Ким, Юнг; Ким, Солнце (2009). «Метаболическая инженерия штамма Escherichia coli с сокращенным геномом для производства L-треонина». Фабрики микробных клеток. 8 (1): 2. Дои:10.1186/1475-2859-8-2. ЧВК  2634754. PMID  19128451.

внешняя ссылка

  • КегГеном - Список всех секвенированных в настоящее время штаммов Sulcia muelleri
  • Uniprot.Org - Список некоторых секвенированных в настоящее время штаммов Sulcia muelleri
  • BioCyc.Org - Обзор полного и секвенированного генома Sulcia muelleri, пряди GWSS