![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Работа представляет собой совместный проект кафедры микробиологии биологического факультета МГУ и Центра "Биоинженерия" РАН. Детальный анализ ряда генов углеродного метаболизма и энергетического обмена, выявленных в ходе первичной аннотации геномной ДНК впервые описанной и просеквенированной нами аноксигенной нитчатой фотосинтезирующей бактерии Oscillochloris trichoides DG6, выявил несколько парадоксальных особенностей организации генома, прямо противоречащих исследованным фенотипическим свойствам данной бактерии являющейся строгим анаэробом и ассимилирующим СО2 через цикл Кальвина. В их число входит наличие в геноме Osc. trichoides полноразмерных генов, отвечающих за проявление физиологических свойств, не свойственных фенотипу данной бактерии, а именно: ген цитохромоксидазы, гены ключевых ферментов 3 гидрокспропионатного цикла автотрофной фиксации углерода, а также 2 оксоглутаратдегидрогеназы и изоцитратлиазы - ферментов цикла трикарбоновых кислот и глиоксилатного шунта отсутствующие у фото и хкмолитоавтотрофов. Далее, наблюдается парадоксальное противоречие между размером генома Osc. trichoides , который характерен для фотоорганотрофных бактерий и тем фактом, что Osc. trichoides является строгим фотолитоавтотрофным и анаэробным организмом. Детальная проверка физиолого биохимических свойств Osc. trichoides, включая сравнительные исследования клеточной стенки и ключевых ферментов углеродного, азотного и энергетического метаболизма, вкупе с мульплексным филогенетическим анализом основных функциональных маркерных генов представителей аноксигенных фототрофных нитчатых бактерий для которых доступны данные по полному сиквенсу геномов - Chloroflexus Heliothrix, Roseiflexus и Oscillochloris, позволит выявить эволюционное значение значительного числа криптических генов в геноме Osc. trichoides и проверить недавно высказанное предположение о том, что представители аноксигенных нитчатых фототрофных бактерий являются эволюционными предшественниками всех основных линий современных фотосинтезирующих бактерий, включая цианобактерии, и занимают на универсальном дереве жизни позицию, наиболее близкую к его корням.
По данным сиквенса 16S рРНК так и широкого спектра различных белков группа аноксигенных нитчатых фототрофных бактерий располагается у самого корня универсального филогенетического дерева. Это означает, что они являются наиболее древними представителями фототрофов, что позволяет рассматривать их в качестве предшественников современных фототрофных бактерий. Основной задачей проекта было предложить сценарий эволюции аноксигенных нитчатых фототрофных бактерий и положения в ней Osc. thrichoides DG 6. С этой целью с использованием данных по полному сиквенсу генома Osc. thrichoides DG 6 (Kuznetsov, Ivanovsky 2011) и доступным полным сиквенсам геномов представителей порядка Chloroflexales был осуществлен сравнительный филогенетический анализ: 1 - нуклеотидной последовательностей генов 16S рРНК; 2 – конкатенированной аминокислотной последовательности белков фотохимического аппарата, включая белки фотохимического реакционного центра и биосинтеза бактериохлорофиллов; 3. конкатенированной аминокислотной последовательности белков углеродного метаболизма включая белки автотрофной ассимиляции СО2 в цикле Кальвина, 3 гидроксипропионатном цикле и цикле трикарбоновых кислот; 4. конкатенированной аминокислотной последовательности белков фотосинтетической и дыхательной цепи переноса электронов. На основании этих данных была осуществлена реконструкция указанных метаболитических систем. Энзиматический анализ показал что: 1- Osc. thrichoides DG 6 обладает фотохимическим реакционным центром хинонного типа (RCII), гены которого в последствии наследуются пурпурными фототрофными бактериями и в качестве фотосистемы II цианобактериями, водорослями и растениями. 2-автотрофная ассимиляция СО2 у Osc. thrichoides DG 6 осуществляется через цикл Кальвина. 3- Osc. thrichoides DG 6 обладает рядом генов, кодирующих ферменты 3 гидроксипропионатного цикла, которые, однако, не экспрессируются в процессе фотоавтотрофного роста. 4-фотосинтетическая цепь переноса электронов Osc. thrichoides DG 6 содержит альтернативный ACIII комплекс, который в процессе эволюции у фототрофных бактерий и цианобактерий заменяется на bc1 и b6f соответственно. 5- в геноме Osc. thrichoides DG 6 обнаружены cox-гены цитохромоксидазного комплекса, которые, однако, также как и гены 3 гидроксипропионатного цикла не экспрессируются поскольку Osc. thrichoides DG 6 является строгим анаэробом. На этом основании эти гены можно рсссматривать как «молчащие». Суммируя результаты сравнительного филогенетического анализа геномов аноксигенных нитчатых фототрофных бактерий, данные энзиматического анализа и экофизиологические характеристики рассматриваемых бактерий была предложена следующая модель эволюции аноксигенных нитчатых фототрофных бактерий порядка Chloroflexales и положения в ней семейства Chloroflexaceae, к которому принадлежит Osc. thrichoides DG 6. Предковые виды аноксигенных нитчатых фототрофных бактерий не имели хлоросом и содержали бактериохлорофилл а в качестве единственного бактериохлорофилла. Они осуществляли фотогетеротрофный тип питания с использованием 3 гидроксипропионатного цикла. Первое эволюционное событие, приведшее к разделению на ‘красную’ (Roseiflexineae) и ‘зеленую’ (Chloroflexineae) группы было связано с приобретением предковой формой блоков генов, кодирующих формирование хлоросом (CsmA гены) и синтеза бактериохлорофилла с. При этом современные виды Roseiflexineae сохранили предковые особенности - отсутствие хлоросом, бактериохлорофилл а в качестве единственного бактериохлорофилла светособирающей антенны и фотогетеротрофный способ питания. Второе эволюционное событие было связано с приобретением блока генов цикла Кальвина, генов bchQ/bchR кодирующих метилазу бактериохлорофиллида d, утратой части генов 3 гидроксипропионатного цикла и способности к аэробному росту. Неспособность Osc. trichoides DG-6 расти в аэробных условиях, привела к утрате гена acsF, кодирующего кислородзависимую Mg протопорфирин моноэтилциклазу. В результате выделилась группа бактерий, принадлежащих к семейству Oscillochloridaceae к которой принадлежит Osc. trichoides DG-6. Третьим эволюционным событием явилась дивергенция видов семейства Oscillochloridaceae от Chlorothrix halophila в результате адаптации последнего к существованию в галофильных биотопах.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 3 марта 2011 г.-31 декабря 2011 г. | Определение типа реакционного центра у представителей порядка Chloroflexi |
Результаты этапа: Сравнительное исследование различных представителей фототрофных бактерий, показало, что только фототрофные организмы содержащие железо серный тип реакционного центра (RCI) - зелёные серные бактерии рода Chlorobium, гелиобактерии Heliorestis daurensis цианобактерии Anabaena variabilis способны к фотоиндуцированному восстановлению метилвиологена. У пурпурных бактерий и аноксигенных нитчатых фототрофных бактерий (АНФБ) представители порядка Chloroflexales - Chloroflexus aurantiacus (family Chloroflexaceae) и Oscillochloris trichoides (family Oscillochloridaceae) такая способность не обнаружена. Эти результаты дают основание утверждать, что аноксигенные нитчатые фототрофные бактерии, принадлежащие порядку Chloroflexales содержат хинон содержащий (RCII) реакционный центр. Этот вывод подтверждается также фактом выявления в геномной ДНК АНФБ кластера генов PufL-PufM, характерных для RC II. Учитывая тот факт, что на филогенетическом дереве последовательности PufL/M представителей порядка Chloroflexales образовали отдельный кластер, расположенный у его корня, можно предположить, что возникновение RC II эволюционно предшествовало возникновению RC I. | ||
2 | 1 января 2012 г.-31 декабря 2012 г. | Энзиматический анализ метаолизма Oscillochloris trichoides DG-6 |
Результаты этапа: Энзиматический анализ показал что: 1- Osc. thrichoides DG 6 обладает фотохимическим реакционным центром хинонного типа (RCII), гены которого в последствии наследуются пурпурными фототрофными бактериями и в качестве фотосистемы II цианобактериями, водорослями и растениями. 2-автотрофная ассимиляция СО2 у Osc. thrichoides DG 6 осуществляется через цикл Кальвина. 3- Osc. thrichoides DG 6 обладает рядом генов, кодирующих ферменты 3 гидроксипропионатного цикла, которые, однако, не экспрессируются в процессе фотоавтотрофного роста. 4-фотосинтетическая цепь переноса электронов Osc. thrichoides DG 6 содержит альтернативный ACIII комплекс, который в процессе эволюции у фототрофных бактерий и цианобактерий заменяется на bc1 и b6f соответственно. 5- в геноме Osc. thrichoides DG 6 обнаружены cox-гены цитохромоксидазного комплекса, которые, однако, также как и гены 3 гидроксипропионатного цикла не экспрессируются поскольку Osc. thrichoides DG 6 является строгим анаэробом. На этом основании эти гены можно рсссматривать как «молчащие». | ||
3 | 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. | Cравнительное исследование геномов аноксигенных нитчатых фотосинтезирующих бактерий порядка Chloroflexi |
Результаты этапа: По данным сиквенса 16S рРНК так и широкого спектра различных белков группа аноксигенных нитчатых фототрофных бактерий располагается у самого корня универсального филогенетического дерева. Это означает, что они являются наиболее древними представителями фототрофов, что позволяет рассматривать их в качестве предшественников современных фототрофных бактерий. Основной задачей проекта было предложить сценарий эволюции аноксигенных нитчатых фототрофных бактерий и положения в ней Osc. thrichoides DG 6. С этой целью с использованием данных по полному сиквенсу генома Osc. thrichoides DG 6 (Kuznetsov, Ivanovsky 2011) и доступным полным сиквенсам геномов представителей порядка Chloroflexales был осуществлен сравнительный филогенетический анализ: 1 - нуклеотидной последовательностей генов 16S рРНК; 2 – конкатенированной аминокислотной последовательности белков фотохимического аппарата, включая белки фотохимического реакционного центра и биосинтеза бактериохлорофиллов; 3. конкатенированной аминокислотной последовательности белков углеродного метаболизма включая белки автотрофной ассимиляции СО2 в цикле Кальвина, 3 гидроксипропионатном цикле и цикле трикарбоновых кислот; 4. конкатенированной аминокислотной последовательности белков фотосинтетической и дыхательной цепи переноса электронов. На основании этих данных была осуществлена реконструкция указанных метаболитических систем. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".