Эволюционное происхождение бактериальных хромосом раскрыто
Исследователи выявили эволюционное происхождение различных хромосомных архитектур, обнаруженных у трёх видов Agrobacterium. Всестороннее сравнение последовательностей Agrobacterium с геномами других бактерий позволило предложить общую модель формирования вторых хромосом у бактерий.
Агробактерии относятся к семейству Rhizobiaceae, которое также включает полезные азотфиксирующие организмы Rhizobium и Sinorhizobium. Agrobacterium tumefaciens C58 — ключевой организм в биотехнологии растений благодаря своей способности встраивать собственную ДНК в растения-хозяева.
Представители Rhizobiaceae имеют генетические архитектуры, варьирующиеся от одной хромосомы до нескольких хромосом и кольцевых молекул ДНК (плазмид) разного размера. Учёные использовали данные о геномах трёх типов (биоваров) Agrobacterium, два из которых были недавно полностью секвенированы, и сравнили их с последовательностями других бактерий, чтобы понять происхождение различных хромосомных организаций.
Большинство бактерий имеют только одну хромосому. Семейство Rhizobiaceae необычно тем, что все его представители обладают либо двумя хромосомами, либо одной хромосомой и очень крупными плазмидами. До этого исследования было неясно, как возникли такие мультихромосомные архитектуры.
Ключевые выводы и цитаты:
- Общая модель эволюции: "Имеющихся данных достаточно, чтобы сделать вывод о общей модели эволюции бактериальных геномов. Похоже, что перенос генов с хромосом на крупные плазмиды опосредует формирование вторых хромосом", — отметил Жуан Сетубал.
- Динамичность генома: "Изучение геномов внутри семейства Rhizobiales показало, что миграция генов широко распространена. Гены перемещаются не только между организмами, но и внутри клетки между хромосомами и плазмидами. Генетическая организация даже жизненно важных генов у бактерий гораздо сложнее и изменчивее, чем предполагалось", — сказал Стив Слейтер.
- "Снимок" эволюции: "Три биовара Agrobacterium (A. tumefaciens C58, A. radiobacter K84 и A. vitis S4) дают захватывающий снимок эволюции хромосом в процессе. У биоваров I и III перемещения генов привели к образованию вторых хромосом, произошедших от плазмид, в то время как у штамма биовара II K84 плазмидная репликона ещё не достигла статуса второй хромосомы", — пояснил Брэд Гуднер.
- Плазмидное происхождение: "Полученные данные предоставляют существенные новые доказательства того, что вторые хромосомы у всех изученных на сегодня бактерий имеют плазмидное происхождение", — заключил Дерек Вуд.
Из-за биотехнологической важности Agrobacterium информация о последовательностях этих штаммов станет ценным ресурсом для научного сообщества.
Источник: Virginia Tech
Публикация: Slater S.C. et al. (2009) "Genome sequences
of three Agrobacterium biovars help elucidate the evolution of
multi-chromosome genomes in bacteria". Journal of Bacteriology
(в печати). doi:10.1128/JB.01779-08