Analisi dell'intero genoma e strategie di adattamento al freddo di Pseudomonas sivasensis W

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 14190 (2023) Citare questo articolo

3 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Le comunità microbiche delle zone umide svolgono un ruolo chiave nell'ecologia e nella stabilità della terra. Per chiarire i meccanismi di adattamento al freddo dei batteri nelle zone umide dell'altopiano, abbiamo condotto analisi genomiche comparative di Pseudomonas sivasensis e lignaggi strettamente correlati. Il genoma di P. sivasensis W-6, un batterio adattato al freddo isolato dalla zona umida dell'altopiano di Napahai, è stato sequenziato e analizzato. La lunghezza del genoma era di 6.109.123 bp con un contenuto di G+C del 59,5%. La previsione genetica ha prodotto 5360 sequenze codificanti proteine, 70 tRNA, 24 isole geniche e 2 sequenze CRISPR. L'isolato conteneva prove di eventi di trasferimento genico orizzontale durante la sua evoluzione. Sono stati previsti due profagi e hanno indicato che W-6 era un lisogeno. L'adattamento al freddo del ceppo W-6 ha mostrato caratteristiche psicrofile piuttosto che psicrotrofiche. Il batterio W-6 adattato al freddo può utilizzare glicogeno e trealosio come risorse, associati ad enzimi attivi nei carboidrati, e sopravvivere in un ambiente a bassa temperatura. Inoltre, i meccanismi di adattamento al freddo del W-6 includevano la fluidità della membrana modificando il profilo degli acidi grassi insaturi, i sistemi regolatori a due componenti, la trascrizione antisenso, il ruolo svolto dai geni rpsU nel processo di traduzione, ecc. l’analisi dell’intero genoma di W-6 ha fornito una comprensione più approfondita delle strategie dei batteri adattate al freddo negli ambienti. Abbiamo chiarito il meccanismo di adattamento del ceppo psicrofilo W-6 per la sopravvivenza in un ambiente freddo, che ha fornito una base per ulteriori studi sulla coevoluzione ospite-fago.

Con il continuo miglioramento della tecnologia di sequenziamento, l’analisi genomica microbica ha progressivamente arricchito e ampliato il contenuto del database. Sulla base delle specie rappresentative nello sviluppo del sistema tra l'analisi comparativa dei geni e delle famiglie di geni, la genomica comparativa per costruire la mappa genetica nello sviluppo del sistema rivela l'origine e la funzione dei geni e delle famiglie di geni, nonché il loro meccanismo di complicazione e diversificazione nello sviluppo del sistema. processo di evoluzione.

Gli ambienti freddi sono ampiamente distribuiti e rappresentano circa il 75% della terra1. I microrganismi adattati al freddo possono essere suddivisi in due categorie in base alla temperatura di crescita, microrganismi psicrofili e psicrotrofi. Utilizzano una serie di strategie metaboliche per crescere in ambienti a bassa temperatura. Accumula glicogeno e gluconeogenesi come energia per aiutare a migliorare la capacità antigelo2,3,4,5, mantenendo la fluidità delle membrane cellulari6, affrontando lo stress ossidativo causato dalle basse temperature7 e anche l'espressione di chaperoni molecolari e polisaccaridi extracellulari ha svolto un ruolo importante8. Negli ultimi anni, a causa del potenziale applicativo dei microrganismi a bassa temperatura e dei loro prodotti, sono stati riportati studi sul sequenziamento genomico microbico da ambienti freddi8,9.

Pseudomonas spp. appartengono al batterio Gram-negativo, prevalentemente aerobico o anaerobico facoltativo, e ampiamente distribuito in natura. Fino ad ora, solo 5 genomi di P. sivasensis sono stati sequenziati sulla base di NCBI GenBank, tra i quali il ceppo BsEB-1 è stato quello sequenziato più completamente. Tra le dimensioni del genoma di tutti i genomi di P. sivasensis pubblicati, la dimensione era di circa 6,2 Mbps. Il contenuto di GC di diversi genomi di P. sivasensis variava intorno al 60%.

Il glicogeno è un’importante valuta nutrizionale e fonte di energia. Rispetto ad altri zuccheri, il glucosio è una fonte di carbonio ottimale. In diversi stress abiotici, come la bassa temperatura, la privazione di nutrienti, la regolazione osmotica e il mantenimento del pH, la sintesi del glicogeno è uno dei sistemi di accumulo di energia ben sviluppati affinché i batteri possano adattarsi e sopravvivere10. Il metabolismo del glicogeno è una complessa rete di interazioni che coinvolge più geni e percorsi11. I cinque enzimi più importanti sono coinvolti nel metabolismo del glicogeno: ADP-glucosio pirofosforilasi (GlgC), glicogeno sintasi (GlgA), enzima ramificante del glicogeno (GlgB), glicogeno fosforilasi (GlgP) e enzima deramificante del glicogeno (GlgX)12. I batteri sviluppano una strategia passiva di risparmio energetico, come la privazione dei nutrienti con una lenta degradazione del glicogeno. Il metabolismo della maltodestrina è correlato al metabolismo del glicogeno e la 4-glucanotransferasi (MalQ) facilita il riciclo del maltosio in maltodestrine13.