Роль мобильных генетических элементов в эволюции цианобактерий


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обсуждаются возможные пути эволюции цианобактерий на основе in silico анализа секвенированных геномов 45 видов/штаммов. Дан обзор информации о количестве и функциях различных мобильных генетических элементов (IS, MITEэлементы и интроны группы II). Выявлена позитивная корреляция между размерами геномов цианобактерий и количеством генов транспозаз. Предполагается, что системы транспозиции играют существенную роль в геномных перестройках, участвующих в регуляции генов и процессах адаптации, которые определяют направления микроэволюционных процессов в популяциях цианобактерий.

Об авторах

Лидия Евгеньевна Михеева

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, РФ

Email: shestakovgen@ mail.ru 119 234, Russia, Moscow, Leninskie Gory, etc. 1, p. 12, MSU

Елена Алексеевна Карбышева

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, РФ

Email: shestakovgen@mail.ru 119 234, Russia, Moscow, Leninskie Gory, etc. 1, p. 12, MSU

Сергей Васильевич Шестаков

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, РФ

Email: shestakovgen@mail.ru 119 234, Russia, Moscow, Leninskie Gory, etc. 1, p. 12, MSU

Список литературы

  1. Евгеньев М. Б., 2007. Мобильные элементы и эволюция генома // Молек. биол. Т. 41, № 2. С. 234-245.
  2. Заварзин Г. А., 2010. Начальные этапы эволюции биосферы // Вестник РАН. Т. 80, № 12. С. 1085-1098.
  3. Марков А. В., Захаров И. А., 2009. Эволюция генных порядков в геномах цианобактерий // Генетика. Т. 45, № 8. С. 1036-1047.
  4. Михеева Л. Е., Карбышева Е. А., Шестаков С. В., 2008. О природе протяженных нуклеотидных повторов в геномах прокариот // Вестник МГУ. Cер.16. Биология. № 1. С. 14-22.
  5. Шестаков С. В., 2007. Как происходит и чем лимитируется горизонтальный перенос генов у бактерий // Экологическая генетика. Т. 5, № 2. С. 12-24.
  6. Шестаков С. В., 2011. Геномная коэволюция цианофагов и цианобактерий // Труды XIX Международной конференции «Новые информационные технологии в медицине, биологии и экологии». С. 23-25.
  7. Axmann I., Kensche P., Vogel J. et al., 2005. Identification of cyanobacterial non-coding RNAs by comparative genome analysis // Genome Biology. Vol. 6, N 9. P. R73.
  8. Aziz R. K., Breitbart M., Edwards R. A., 2010. Transposases are the most abundant, most ubiquitous genes in nature // Nucleic Acids Research. Vol. 38, No. 13. P. 4207-4217.
  9. Bhaya D., Vaulot D., Amin P. et al., 2000. Isolation of regulated genes of the cyanobacterium Synechocystis sp. strain PCC 6803 by differential display // J. Bacteriol. Vol. 182. P. 5692-5699.
  10. Bothe H., Tripp J., Zehr J. P., 2010. Unicellular cyanobacteria with a new mode of life: the lack of photosynthetic oxygen evolution allows nitrogen fixation to proceed // Arch. Microbiol. Vol. 192. P. 783-790.
  11. Bratlie M. S., Johansen J., Sherman B. T. et al., 2010. Gene duplications in prokaryotes can be associated with environmental adaptation // BMC Genomics. Vol. 11. P. 588-605.
  12. Coleman M. L., Sullivan M. B., Martiny A. C. et al., 2006. Genomic islands and the ecology and evolution of Proclorococcus // Science. Vol. 311, N 5768. P. 1768-1770.
  13. Dufresne A., Garczarek L., Partensky F., 2005. Accelerated evolution associated with genome reduction in a free-living prokaryote // Genome Biology. Vol. 6. P. R14.
  14. Elhai J., Kato M., Cousins S. et al., 2008. Very small mobile repeated elements in cyanobacterial genomes // Genome Res. Vol. 18. P. 1484-1499.
  15. Fujisawa T., Narikawa R., Okamoto S. et al., 2010. Genomic structure of an economically important cyanobacterium, Arthrospira (Spirulina) platensis NIES-39 // DNA Research. Vol. 17, N 2. P. 85-103.
  16. Frangeul L., Quillardet P., Castets A-M. et al., 2008. Highly plastic genome of Microcystis aeruginosa PCC 7806, a ubiquitous toxic freshwater cyanobacterium // BMC Genomics. Vol. 9. P. 274.
  17. Frost L. S., Leplae R., Summers A. O., Toussaint A., 2005. Mobil elements: the agents of open source of evolution // Nat. Rev. Microbiol. Vol. 3. P. 722-732.
  18. Hewson I., Poretsky R. S., Beinart R. A. et al., 2009. In situ transcriptomic analysis of the globally important keystone N2-fixing taxon Crocosphaera watsonii // ISME Journal. Vol. 3. P. 618-631.
  19. Ikeuchi M., Tabata S., 2001. Synechocystis sp. PCC 6803 - a useful tool in the study of the genetic of cyanobacteria // Photosynt. Res. Vol. 70. P. 73-83.
  20. Ilyina T. S., 2010. Miniature repetitive mobile elements of bacteria: structural organization and properties // Molec. Genet., Microbiol., Virol. Vol. 25, N. 4. P. 139-147.
  21. Jiang Q., Qin S., Wu Q., 2010. Genome-wide comparative analysis of metacaspases in unicellular and filamentous cyanobacteria // BMC Genomics. Vol. 11. P. 198.
  22. Kaneko T., Nakajama N., Okamoto S. et al., 2007. Complete genomic structure of the bloom-forming toxic cyanobacterium Microcystis aeruginosa NIES-843 // DNA Research. Vol. 14. P. 247-256.
  23. Lin S., Haas S., Zemojtel T. et al., 2011. Genome-wide comparison of cyanobacterial transposable elements, potential genetic diversity indicators // Gene. Vol. 473, N 2. P. 139-149.
  24. Luque I., Andújar A., Jia L. et al., 2006. Regulated expression of glutamyl-tRNA synthetase is directed by a mobile genetic element in the cyanobacterium Tolypothrix sp. PCC 7601 // Mol. Microbiol. Vol. 60. P. 1276-1288.
  25. Mes T. H., Doeleman M., 2006. Positive selection on transposase genes of insertion sequences in the Crocosphaera watsonii genome // J. Bacteriol. Vol. 188, N. 20. P. 7176-7185.
  26. Mohr G., Ghanem E., Lambowitz A. M., 2010. Mechanisms used for genomic proliferation by thermophilic group II introns // PLoS Biology. Vol. 8, N6. E1000391.
  27. Nunvar J., Huckova T., Licha I., 2010. Identification and characterization of repetitive extragenic palindromes (REP)-associated tyrosine transposases: implications for REP evolution and dynamics in bacterial genomes // BMC Genomics. Vol. 11. P. 44.
  28. Okamoto S., Ikeuchi M., Ohmori M., 1999. Experimental analysis of recently transposed insertion segments in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 // DNA Res. Vol. 6. P. 265-273.
  29. Ran L., Larsson J., Vigil-Stenmant et al,. 2010. Genome erosion in a nitrogen-fixing vertically transmitted endosymbiotic multicellular cyanobacterium // PloS One. Vol. 5, N7. e11486.
  30. Rocap G., Distel D. L., Waterbury J. B., Chisholm S. W., 2002. Resolution of Prochlorococcus and Synechococcus ecotypes by using16S-23S ribosomal DNA internal transcribed spacer sequences // Applied. Environmental Microbiol. Vol. 68. N. 3. P. 1180-1191.
  31. Shi T., Falkowski P. G., 2008. Genome evolution in cyanobacteria: the stable core and variable shell // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 105. P. 2510-2515.
  32. Stucken K., John U., Cembella A. et al., 2010. The smallest known genomes of multicellular and toxic cyanobacteria: comparison, minimal gene sets for linked traits and the evolutionary implications // PLoS ONE. Vol. 5, N. 2. e9235.
  33. Swingley W. D., Chen M., Cheung P. C. et al., 2008. Niche adaptation and genome expansion in the chlorophyll d-producing cyanobacterium Acaryochloris marina // Proc. Natl. Acad. Sci. Vol. 105, N. 6. P. 2005-2010.
  34. Tobes R., Pareia E., 2006. Bacterial repetitive extragenic palindromic sequences are DNA targets for insertion sequence elements // BMC Genomics. Vol. 7. P. 62.
  35. Tomitani A., Knoll A., Cavanangh C. M., Oto T., 2006. The evolutionary diversification of cyanobacteria: molecular phylogenic and paleontological perspectives // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 103. P. 5442-5447.
  36. Touchon M., Rocha P. C., 2007. Causes of insertion sequences abundane in prokaryotic genomes // Mol. Biol. Evol. Vol. 24, N 4. P. 969-981.
  37. Tripp H. J., Bench S. R., Turk K. A. et al., 2010. Metabolic streamlining in an open-ocean nitrogen-fixing cyanobacterium // Nature. Vol. 464, N. 7285. P. 90-94.
  38. Welsh E. A., Liberton M., Stockel J. et al., 2008. The genome of Cyanothece 51142, a unicellular diazotrophic cyanobacterium important in the marine nitrogen cycle // Proc. Natl. Acad. Sci. Vol. 105, N. 39. P. 15094-15099.
  39. Wilmotte A., Herdman M., 2001. Phylogenetic relationships among the cyanobacteria based on 16S rRNA sequences // Bergey's Manual of Systematic Bacteriology/ Ed. D. R. Boone, R. W. Castenholz. New York: Springer. Vol. 1. P. 487-493.
  40. Wolk C. P, Lechno-Yossef S, Jäger K. M., 2010. The insertion sequences of Anabaena sp. strain PCC 7120 and their effects on its open reading frames // J. Bacteriol. Vol. 192, N. 20. P. 5289-5303.
  41. Zehr J. P., Bench S. R., Mondragon E. A. et al., 2007. Low genomic diversity in tropical oceanic N2-fixing cyanobacteria // Proc. Natl. Acad. Sci. Vol. 104, N. 45. P. 17807-17812.
  42. Zehr J. P, Bench S. R, Carter B. J et al., 2008. Globally distributed uncultured oceanic N2-fixing cyanobacteria lack oxygenic photosystem II // Science. Vol. 322. P. 1110-1112.
  43. Zhaxybayeva O., Gogarten P. J., Charlebois R. L. et al., 2006. Phylogenetic analysis of cyanobacterial genomes:quantification of horizontal gene transfer events // Genome Res. Vol. 16. P. 1099-1108.
  44. Zhou F., Olman V., Xu Y., 2008a. Insertion Sequences show diverse recent activities in Cyanobacteria and Archaea // BMC Genomics. Vol. 9. P. 36.
  45. Zhou F., Tran T., Xu Y., 2008b. Nezha, a novel active miniature inverted repeat transposable element in cyanobacteria // Biochem. Biophys. Res. Commun. Vol. 365. P. 790-794.

© Михеева Л.Е., Карбышева Е.А., Шестаков С.В., 2011

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах