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原始研究的文章

前面。Microbiol。,23January 2023
秒。古生菌的生物学
卷14 - 2023 | https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1114574

集成接合质粒驱动高频染色体基因转移硫化叶菌islandicus

  • 1卡尔·r·伍斯基因组生物学研究所,伊利诺伊大学香槟分校,厄巴纳,美国
  • 2伊利诺伊大学香槟分校微生物系乌尔班纳,美国

基因转移在crenarchaea观察自然和实验种群内硫化叶菌。然而,控制基因转移和重组的分子因素表现在这些人口仍然是未知的。在这项研究中,我们研究一个plasmid-mediated基因转移的机制美国islandicus导致局部高频在染色体重组。通过染色体标记交换与捐赠者和受赠者的定义的分析,我们发现,尽管双向交换发生在所有细胞中,那些拥有集成的接合质粒,pM164,动员附近的轨迹在更高频率相比,远端标记。我们建立traG是至关重要的表型和高频重组可以复制在transconjugants质粒转移。映射重组通过基因组分析,我们建立的分配重组大片pM164降低频率增加距离。我们建议转移的结果是一个Hfr的偏见(高频重组)——接合机制在这个压力。此外,我们发现重组未被选中包含远端复合事件,可能由不同的host-encoded标记交换(我)机制。

1。介绍

的hyperthermophilicSulfolobales基因crenarchaea驯良的模型系统,和模型archaeon股票与真核生物的最近共同祖先。机制的基因交换和重组Crenarchaea并不好理解;然而,他们是重要的分子组件可能持有理解减数分裂的起源和eukaryogenesis(关键伯恩斯坦et al ., 1985;毛重和巴塔查里亚,2010年)。Sulfolobales已经交换遗传标记所示当co-incubated补充营养缺陷型的突变体和镀选择性的媒体。先前的研究显示,选中标记标记交换期间被(我)在相对平等的频率为营养缺陷型(甘,1996)。进一步研究表明,选择标记转移发生在小型不连续补丁依赖最小的同源性(汉森et al ., 2005)。在大多数研究中,我和DNA损伤剂接触导致上调目前的假设我是DNA修复机制(施密特et al ., 1999;一只鱼et al ., 2011;范沃尔弗伦et al ., 2015,2016年,2020年;冯et al ., 2018;Schult et al ., 2018;太阳et al ., 2018)。实验结果表明,在硫化叶菌acidocaldarius暴露在DNA损伤因子导致诱导IV型pilin-mediated细胞聚合(范沃尔弗伦et al ., 2016;太阳et al ., 2018)。最近,它已被证明,S-layer UpsA蛋白质的糖基化模式和一个特定的序列负责特有的聚合和我(范沃尔弗伦et al ., 2020)。此外,新型DNA吸收系统(Ced系统)这也是紫外线诱导这个过程已被证明是必要的(范沃尔弗伦et al ., 2015)。然而,DNA的机制从供体转移到受体细胞是未知的。还假设综合共轭元素及其传输系统可能负责染色体DNA动员(她et al ., 2004;陈et al ., 2005)。

Sulfolobaceae拥有唯一的实验特点共轭古生菌的质粒(笨蛋et al ., 1995;Prangishvili et al ., 1998;lipp, 2006)。大部分的plasmid-containing株来自美国islandicus物种(Prangishvili et al ., 1998;Greve et al ., 2004)。接合质粒和其他移动遗传元素(mg)集成tRNA地点,可以稳定维持在染色体(lipp, 2006;Cadillo-Quiroz et al ., 2012)。游离质粒的转移,通过之间的接合硫化叶菌spp,很容易实现在实验室通过co-incubation液体媒体在震动条件下(Prangishvili et al ., 1998)。接合质粒在硫化叶菌描述为pNOB8-like质粒,通常拥有一个起源的复制,一个repA同族体(与复制),某一高度保守的分区同系物plrA基因(与质粒的监管),一个特定站点整合酶,转移基因同源染色体trbEtraG等变量开放阅读框(orf) (Stedman et al ., 2000;Greve et al ., 2004;她et al ., 2004)。基因序列比对pNOB8-like之间转移,如trbEtraG,也表明这些基因质粒之间是最保守的(她et al ., 2001)。pNOB8-like质粒有时会产生有缺陷的小质粒转移基因缺失,只能维持在一个完整的复制,动员表示这些基因的重要性(Stedman et al ., 2000)。尽管分子研究的组成部分硫化叶菌质粒转移机器尚未开展,研究细菌质粒,比如F质粒大肠杆菌和Ti质粒农杆菌属spp,分别显示TraG和TrbE IV型分泌系统接合组件构成的基本功能mate-pair机械(mpf),从而形成接合本身(弗斯和Skurray, 1992;李et al ., 1999)。F质粒在大肠杆菌,具体来说,能够重组成染色体和染色体基因以线性方式转移转移的起源(Hfr) (劳埃德,巴克曼1995年)。

在人口层面,有证据表明染色体基因交换和游离质粒转移硫化叶菌spp。(笨蛋et al ., 1995;Cadillo-Quiroz et al ., 2012)。先前的研究从孤立的基因组美国islandicus从一个在堪察加半岛温泉,俄罗斯,表明群体可以维持密切相关的基因流水平在每组高于它们之间,定义合适的生物物种。populational基因组学证据的不同两个“物种”之间的重组,汇率最高的菌株中“红色”集团之间隔离M.16.4 M.16.40,尽管近端区域分析重组大片表明这没有关系区域同源性(Cadillo-Quiroz et al ., 2012)。基因组分析显示有不同的重组和结构变化在某些染色体的部分(克劳斯和惠特克,2015年)。目前尚不清楚这种染色体架构是一个函数的基因转移机制和重组或选择性力量消除差异或维护变差函数在不同的地区。

在这项研究中,我们表明,一个集成的接合质粒的存在,pM164,增加标记交换的频率附近其集成的方式依赖于质粒编码TraG。因为高频周围发生的重组质粒整合网站,我们假设一个Hfr-like(高频重组)机制导致重组频率偏差在集成元素背景水平的重组发生在其他地方。

2。材料和方法

2.1。硫化叶菌品种和生长条件

美国islandicusM.16.4及其衍生物中描述表1是生长在组织培养瓶(Falcon)在73°C到76°C没有颤抖。DY (dextrin-tryptone)媒体(pH值3.45)被使用在所有情况下,包含以下组件(每1 L Milli-Q H2):阿基盐(K2所以4,3.0克;不2阿宝4,0.5克;MgSO4,0.145克;CaCl2⋅2 h2啊,0.1 g), 20μl矿物质储备溶液(3.0% FeCl3,0.5% CoCl2⋅6小时2啊,0.5% MnCl2⋅4 h2啊,0.5% ZnCl2,0.5% CuCl2⋅2 h2O), 0.2% (wt /卷)糊精,0.1% (wt /卷)胰蛋白胨。媒体板块是由预热2 x DY媒体,补充MgSO 20毫米4和7毫米CaCl2⋅H2O,混合新鲜煮同等体积的1.7% (wt /卷)Gelrite解决方案。尿嘧啶和胍基丁胺营养缺陷型的菌株,DY媒体补充的最终浓度20μg /毫升尿嘧啶和50μg /毫升的胍基丁胺。为5-FOA counterselections,最后50μg /毫升的浓度也增加了DY板媒体。对于一般的分子克隆操作大肠杆菌(内5股alpha主管大肠杆菌)是利用在磅媒体。氨苄青霉素(100μg /毫升)是在需要时添加到媒体。

表1
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表1。菌株和质粒用于这项研究。

2.2。交配试验

的交配化验美国islandicus胍基丁胺的菌株进行了通过选择原养型和5-FOA阻力。需要两个基因型,以执行交配试验:功能的应变虫胶,argD,pyrEF位点,应变与删除这三个标记(图1)。

图1
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图1所示。的选择argD+pyrEF——重组基因型。这个示意图显示必要的基因型用于交配化验并通过选择产生的重组。选择是基于胍基丁胺5-FOA原养型和阻力。

交配的化验,这两个合作伙伴菌株生长mid-log阶段,正如上面详细的,DY媒体或DY媒体补充尿嘧啶和胍基丁胺。一旦达到菌株mid-log阶段,光密度(600海里)测量的使用温暖的DY媒体OD600年0.3。两个菌株被等量混合,室温下孵化15分钟。co-incubates被孵化在震动条件下(180 rpm)一夜之间在76°C。孵化后,混合文化清洗去除胍基丁胺使用离心和平衡的OD600年0.5。最后,文化经历了连续稀释和镀在选择性DY媒体包含5-FOA和尿嘧啶(100和101稀释)或无选择性的DY媒体含有胍基丁胺和尿嘧啶(104和105稀释)。细胞是镀后,板块在76°C培养7 - 14天。一旦观察到殖民地在盘子里,半乳糖苷溶液(2毫克/毫升)喷洒选择性和控制原始背景板来确定。基因型是通过PCR证实后,殖民地的重组频率统计和分析来确定测试应变和野生型和突变体与所有三个遗传标记。

重组频率通过以下公式计算: r e c o b n 一个 n t f r e u e n c y = r e c o b n 一个 n t 年代 G 1 c o n t r o l G 1 ,在那里recombinantsG1代表cfu /毫升的殖民地在选择媒体的一个特定的基因型。ControlG1代表了殖民地的cfu /毫升指望大众化的媒体相同的基因型,G1。殖民地通过PCR扩增验证使用引物:argD_chk-F / R&M16_pyrEFII-F / R(补充表1)。

2.3。建设traG在坐标系删除质粒

基因敲除航天飞机向量构造使用NEBuilder Hifi组装工具包(美国内),并根据制造商的协议。IDT G-Blocks是合成的traG垫片和复合模板。航天飞机向量被克隆内5股alpha的能力大肠杆菌(效率高;内,美国)细胞和镀与氨苄青霉素磅(100μg /毫升)。航天飞机使用QIAprep旋转向量随后被孤立Miniprep工具包(美国试剂盒)按照制造商的指示。

2.4。基因操作的美国islandicus菌株

一次淘汰赛质粒分离,质粒electroporated成主管RJW004细胞孵化,孵化缓冲区为1小时(Zhang et al ., 2013 a)。转换被镀上DY盘子和培养10 - 14天。后殖民地出现在媒体、半乳糖苷染色和PCR扩增进行殖民地确认向量存在压力。曾经的殖民地被证实,他们生长在液体DY媒体mid-log阶段。

随后这些菌株被镀上counter-selective DY媒体包含尿嘧啶、胍基丁胺,5-FOA浓度。盘子是培养10 - 14天。孵化后,殖民地沾半乳糖苷和选择目标基因的PCR扩增。随后验证了殖民地有净化和随后的DNA提取和全基因组测序。

进一步操纵RJW004-ΔtraG需要获得合适的基因型交配化验(图4)。的argD,火葬用的,pyrF通过净化和电穿孔基因插入M.16.4-derived扩增子(张和惠特克,2018年)。因为源RJW004同基因的,没有相同的修改引入的基因的扩增。浓缩为有效隔离14天是必要的pyrEF+殖民地。基因组DNA提取和送去测序进行进一步验证。

图2
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图2。重组频率的红物种隔离和蓝物种代表(M.16.27)交配化验和测试人员紧张,RJW004。白色的酒吧代表的重组频率argD重组,而黑条代表Δ的重组频率pyrEF重组。误差线代表最高及最低的为每个试验复制,*代表p值< 0.05相比M.16.4十字架。

图3
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图3。(一)M16基因组拥有广泛的相似之处,因此pM164的基因位置和pM1627(*不是一个完整的质粒)可以解决一般模型的选择性标记的引用argDpyrEF。黑色的圆圈表示复制编号的起源。(B)熟料核苷酸排列pM164 pM1627,缺少必要的质粒组件等repA,帕拉,trbE。

图4
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图4。(一)原理图的traG基于CRISPR-Cas系统基因缺失美国islandicusM.16.4。基因组编辑质粒是由利用本机CRISPR-Cas系统设计美国islandicus建立一个gRNA瞄准traG。为了避免标记重组,argD美国tokodaiipyrEF/虫胶美国solfataricus利用而不是在本地标记。(B)重组频率的traG缺失突变体与野生型相比。误差线代表最高及最低的为每个试验复制,*代表p值< 0.05当比较的M.16.4 argD频率。

2.5。接合的pM164

结合pM164进美国islandicus根据执行M.16.2Prangishvili et al。(1998)次要的修改和选择方案(补充图1)。一般来说,美国islandicusRJW004 co-incubated了美国islandicusM.16.2捐赠:收件人的比例1:10,000 48 h在震动条件下液体DY媒体包含尿嘧啶和胍基丁胺在76°C。孵化后,培养稀释使用串行稀释103最初的孵化和镀对RJW004 DY媒体选择。孵化后10天,殖民地和验证的pM164染色体和原始背景通过PCR扩增pM164地区和应变验证,分别。M.16.2p当时净化通过使用Illumina公司短读裸奔,送去测序。此外,环化pM164评估通过质粒扩增远端地区(补充图3)。

2.6。测序SNP分析和生物信息学

SNP分析从三个独立的测试人员重组隔离/ M.16.2p交配化验。殖民地被孤立起来,转移到液体DY媒体mid-log阶段之前。随后,DNA提取和Illumina公司短读测序RJW004 30日进行重组。测序文件进行分析通过Breseq M.16.2p-specific捐赠单核苷酸多态性分析(Deatherage巴里克,2014)。单核苷酸多态性被映射到一个M.16.4参考分析。对齐的图3进行了使用熟料(吉尔和Chooi, 2021)。核心基因组变异位置的评估使用脊柱和Nucmer (库尔茨et al ., 2004;时et al ., 2014)。

2.7。统计分析

统计分析进行交配化验在所有情况下。比较了利用方差分析当实验涉及两个以上化验。在这种情况下,两个分析比较t执行以及评估显著差异。在所有情况下p- 0.05利用价值。

3所示。结果

3.1。Mutnovsky红组显示不同程度的重组频率

自然隔离利用本研究从Mutnovsky孤立地区于2010年在俄罗斯堪察加半岛。我们关注的是两个密切相关但不同的集团之一(红组)观察到随着时间的不同的方式代表了初期的物种形成中相同的温泉(Cadillo-Quiroz et al ., 2012)。红组由三个自然隔离是密切相关的,有证据显示高水平的重组。在核苷酸水平,红集团拥有6052个变种岗位核心基因组和99.75%以上的ANI(平均核苷酸身份)在所有情况下。我们包括一个蓝色组应变,M.16.27比较初期的物种之间的转移。

为了测试这些菌株之间的重组频率我们测试人员利用应变,RJW004,这是一个拥有三个基因缺失(ΔM.16.4背景压力argD,ΔpyrEF虫胶)。这株与野生型菌株交配过化验中描述图1 (Zhang et al ., 2013一个,b)。的虫胶基因并不是选择试验但用来区分供体和受体基因组背景选择性通过半乳糖苷染色板。选择尿嘧啶/ 5-FOA (5-Fluoroorotic酸)包含板没有胍基丁胺选择野生型菌株的背景(蓝色)接收ΔpyrEF删除轨迹从测试人员(argD+pyrEF- - - - - -虫胶+),测试人员接收的应变(白色)argD从WT (argD轨迹+pyrEF- - - - - -虫胶- - - - - -)(图1)。在选定的标记(ΔM.16.4压力pyrEF, argD)由62 kb。删除与自发突变在每个实验WT镀和测试菌株选择性盘子和自发突变的数量从总数中减去。

图1显示双向复合交叉测试应变时的WT菌株相同的人口。图2显示了上述自然的重组配置文件为我们的两个选择性标记隔离。Δ的重组频率pyrEF轨迹从测试仪WT菌株是一致的,独立于WT背景,然而略高与M.16.27十字架。相比之下,argD+重组显示大量的变异与M.16.4重组频率最高,M.16.27拥有最低的频率,和M.16.2化验拥有最低的捐赠者红隔离的频率(图2)。

3.2。pM164接合,在高频重组转移中发挥作用

有趣的是,一个集成的接合质粒,名叫pM164,发现了8086个基点的高度转移argD标记在M.16.4和M.16.40 (图3)。PCR扩增也切除的证据显示M.16.4随着集成版本,提供证据表明pM164积极pNOB8-like元素。因为argD重组频率与pM164, M.16.4和M.16.40,我们假设pM164可能驾驶近端基因的转移argD。我们注意到M.16.27有不同的质粒整合在一个不同的位置相对于标记和相对(∼72 kb)pyrEF参数d .这个质粒,然而,缺乏重要的质粒组件等repA,帕拉,trbE。

细菌接合模型traG(M164_1618),编码一个VirD4-type接合组件,对于质粒转移至关重要,因为它介导交配孔隙之间的交互和DNA转移系统(阿伦兹et al ., 2013;科勒et al ., 2013)。的traG基因是通过比较发现pNOB8及其基因组特征(她et al ., 1998)。TraG在硫化叶菌种虫害包含conjugation-specific IV型分泌系统(T4SS)领域中发现的细菌结合蛋白质如VirD4 TrwB和TraG (她et al ., 1998)。相比,三个主题对应于细菌结合蛋白质TrwB等大肠杆菌和古赫拉解旋酶(补充图2)。因此,我们假设一个traG删除在pM164废除转移,因此相关的高频重组argD。我们创建了一个marker-less在坐标系pM164的删除traG(M164_1618) RJW004,连同适当的标记插入,创建一个argD+pyrEF+虫胶- - - - - -traG- - - - - -基于应变通过内生CRISPR-Cas系统基因组编辑(李et al ., 2015)。因为这个压力虫胶- - - - - -RJW007配对,argD- - - - - -pyrEF- - - - - -虫胶+测试仪,收益率选择重组基因型(表1)。一个M.16.4 (wt) / RJW004(测试人员)交配试验进行了比较。我们发现显著减少argD重组频率时traG没有出现在吗argD供体菌株(图4)。背景的标记交换水平维持在这些十字架,然而,的偏见argD没有标志。

3.3。pM164转移transconjugants重组频率增加

我们测试是否pM164是可活动的,可以单独转让其高复合表型天真的应变。红色的隔离,M.16.2并不具备一个接合质粒,但有一个相同的丙氨酸网站和选择性标记位置,因此我们选择共轭pM164 M.16.2。结合协议是改编自Prangishvili et al。(1998),并由补充图1(见“3。材料与方法”)。首先,ΔtraG-RJW004是用作pM164捐赠者测试的重要性traG的质粒转移美国islandicus,发现只有1/99的受体细胞拥有pM164。因此,就像在细菌中,traG对共轭至关重要美国islandicus(水域et al ., 1992)。

使用traG +捐赠我们能够获得M.16.2 transconjugants拥有pM164。Transconjugants验证了应变身份和适当的pM164插入事件使用PCR扩增丙氨酸网站(补充图1)。99%的受访殖民地拥有pM164插入站点,强有力的证据显示插入网站的特异性和高效的传输(她et al ., 2004)。高效转移接合质粒的特征硫化叶菌观察到以前了Prangishvili et al。(1998)。殖民地拥有pM164验证,三是纯化和送去测序进一步证实pM164的应变和相应的轨迹。

我们交配M.16.2p, pM164 transconjugant M.16.2父母的压力,有天真的应变评估两个可选的标记的重组频率(图5)。通过测序证实M.16.2p并不拥有任何其他兆欧pM164以外,进一步证实pM164集成到正确的位置。我们表明,高频重组argD遵循pM164插入适当的tRNA- - - - - -相邻的附件。因此,我们显示的直接证据的综合影响核心基因组重组质粒动力学古生菌。这些结果提供证据表明确实pM164而不是应变局部高频重组的决定性因素argD。

图5
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图5。遗传标记的重组频率M.16.2 transconjugant交配亲本菌株相比化验。白色的酒吧代表的重组频率argD,而黑条代表Δ的重组频率pyrEF。误差线代表最高及最低的为每个试验复制,*代表pM.16.2值< 0.05的比较argD频率。

3.4。转移重组大片建议从质粒转移是单向的背景没有重组大片

获得进一步了解到pM164转移的机制,我们测序10 RJW004重组从三个独立M.16.2p交配化验总共30隔离。每个隔离代表独立的复合事件在每个实验。我们评估染色体区域从M.16.2p转移到我们的测试人员应变,RJW004 (图6)。M.16.2p捐赠者之间的轨迹argD和pM164集成网站从收件人(RJW004)轨迹通过差异化SNP分析(图6)。因为M.16.2 M.16.4高度相似,SNP位置分散在整个染色体可以利用作为重组的标记。我们发现一致的复合大片主要从选中标记argD在一个不间断的方式pM164。我们还发现重组snp上游的斜率argD这不是观察pM164的另一端。从这些数据我们推断pM164转移单向集成在染色体的时候,在某种程度上类似于Hfr菌株大肠杆菌。此外,我们还发现,17/30的隔离拥有未经选择的整个染色体重组事件。

图6
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图6。(一)M.16.2p捐赠者中snp的频率argD/ pM164地区RJW004重组。绿色栏代表pM164和红线代表argD轨迹。灰色酒吧代表变量M.16.2p基因菌株之间的内容。(B)捐赠SNP分布沿RJW004 M.16.4染色体重组。底部(0)行代表了SNP的位置M.16.2p(供体)映射到M.16.4基因组。彩色块代表每个复制,每个包含10个独立的隔离。

我们发现没有捐赠者大片不与基因组pM164距离。因此,我们假设虽然pM164局部效果做出明显的高频没有捐赠周围的snpargD /丙氨酸地区,我/清洁能源系统最有可能占大多数的细胞间动员整个染色体的DNA。局部高频效应最有可能是由于从质粒的起源对单向整合质粒转移argD,这些大片然后通过染色体之间的同源重组,解决定义复合束长度。这些数据,以及质粒转移通过TraG-mediated机制的重要性,表明美国islandicus整合质粒可以一致且可重复创建高频标记交换染色体位点附近。

4所示。讨论

本研究发现了证据应变M.16.4 plasmid-mediated高频传输的DNA的堪察加半岛,俄罗斯。我们表明,高频传输需要TraG (图4),通过质粒接合转移M.16.2,证明这种机制取决于质粒pM164。基因组测序的重组表明内大片argD主要是扩展到pM164基因组上下文丙氨酸网站我们解释整合质粒转移的方式类似于Hfr。这一过程增加了复合频率单向直接在这个地区毗邻argD。这项研究是第一个直接展示角色的整合质粒染色体位点的动员硫化叶菌。

在这工作我uninduced条件下系统是活跃的,它允许通过co-incubation染色体的基因选择标记和选择性电镀媒体。这是第一个注意到格罗根(1996),许多研究的基础包括那些参与重组的力学硫化叶菌和UV-up-regulated系统允许横向基因转移(甘,1996;赖利和甘,2002年;汉森et al ., 2005;一只鱼et al ., 2011;罗克伍德et al ., 2013;Zhang et al ., 2013 b;范沃尔弗伦et al ., 2020,2016年)。在这里,我们找到一个37 kb协会综合接合质粒和一个高度重组标记位于8 kb的集成。有趣的是,Cadillo-Quiroz et al。(2012)发现M.16.4和M.16.40(包含pM164变体)都是强大的DNA捐助者M.16.2相比,它并不拥有一个完整的质粒。此外M.16.27共存,密切相关的物种,包含一个质粒,不赋予这种表型(图2)。我们的研究结果,结合以前的研究调查失去了有缺陷的质粒traG,表明蛋白质编码traG在古细菌质粒转移中起着重要作用,对于这种机制是至关重要的,尽管进一步的分子转移机制的研究硫化叶菌种虫害缺乏质粒(Stedman et al ., 2000)。具体地说,遗传和生化分析需要破译的传输组件和各自的功能。我们与自然隔离M.16.2复合试验(图2),RJW004ΔtraG(图4和以前的工作美国acidocaldarius显示双向复合在缺乏积极的质粒,建议额外host-encoded DNA传输机制(甘,1996;范沃尔弗伦et al ., 2016)。

硫化叶菌质粒,traG是唯一明显的转移基因可以通过注释标识conjugation-specific蛋白质(另一个是吗trbE)。目前不知道traG在中扮演类似的角色硫化叶菌在细菌中,分子的组成部分硫化叶菌质粒转移装置尚未受到遗传和生化分析细菌同行的方式。TraG的结构硫化叶菌然而,拥有相似的图案细菌T4SS接合组件,如大肠杆菌TrwB和其他硫化叶菌pNOB8-like质粒(补充图2;她et al ., 1998)。

通过捐赠SNP分析argD +重组隔离我们发现这种高频现象产生,在大多数情况下,不间断捐赠单核苷酸多态性之间的区域argD在选择,pM164, (图6)。这些结果表明,高频重组中观察到argD是由于染色体DNA的co-transfer通过TraG-mediated机制,然后重组到收件人。由于边坡观察到的一侧pM164而不是其他,我们目前是高复合模型argD是由单向pM164转让的方式类似于Hfr菌株在吗大肠杆菌。这些重组,生成至少8 kb,相比以前的复合动力学观察美国acidocaldarius显示最小重组过去300个基点的选择性标记之间的距离,显示在这项研究中存在的不同机制的证据(汉森et al ., 2005)。

我们假设一个Hfr-like机制通过质粒可以解释这一现象。重组频率的pyrEF轨迹是在所有情况下∼105也为所示argD标记当pM164不存在(图2,5)。有趣的是,这个频率类似于重组频率观测到一只鱼et al。(2011)汉森et al。(2005)美国acidocaldarius在诱导条件。在这里,我们找到更高频率(∼103)argD在uninduced条件。类似的现象,包括染色体重组附近移动遗传成分高,已被观察到金黄色葡萄球菌但在一个小得多的规模和涉及的共轭转座子与宿主染色体的近端部分通知(埃维里特et al ., 2014)。在这个替代模型中,质粒DNA切除不严密地,带着侧翼染色体区域,然后通过plasmid-encoded传输系统转移,染色体的基因附近。质粒的证据环化是通过质粒在M.16.4终端连接(补充图3)。然而,环化最有可能包含两个远端插入区域的质粒,而不是单向的概要文件我们这里找到(图6)。因此,我们发现两个替代但不是相互排斥的机制包括质粒转移会影响染色体区域附近的等argD。

因为重组发生在染色体和高序列分离株之间的身份,很难观察plasmid-mediated重组的全面影响过去选择下的标记。我们发现,单核苷酸多态性分布主要在两个方面:(1)一致的大片argD -pM164地区和未被选中(2)大片的体型和基因组位置(图6)。这些非选择性大片虽然在长度和连续变量,在大多数情况下,不与质粒地区因此归因于广泛的我/清洁能源系统描述格罗根(1996)范沃尔弗伦et al . (2016)。我/清洁能源系统已经证明紫外线诱导的基因导入系统硫化叶菌种虫害不携带pM164-like质粒(甘,1996;一只鱼et al ., 2011)。是否有一个兼容的捐赠机制(质粒或其它)尚不清楚。虽然没有进行明确,将染色体DNA通过清洁能源系统假设负责没有我观察到的基因(汉森et al ., 2005)。“清洁能源系统中存在美国islandicus因此,如果Ced介导的染色体DNA是正确的,我们建议转让未经选择的土地在我们的研究中可能发生的通过这个备用系统。然而,从当前的实验中,我们不能排除这种可能性,整个染色体是通过Hfr-like接合转移机制然后重组补丁选择以外的地区。可能存在多个系统一起在本质上意味着部分染色体,由于接近一个完整的质粒,将进化不同,可能比其他人更迅速。接合质粒在硫化叶菌种虫害已知物种之间转移,从而对DNA引入这种机制降低了障碍在人群中(Prangishvili et al ., 1998)。这与我/清洁能源系统已知菌种由于表层交互(范沃尔弗伦et al ., 2020)。我们的研究结果显示mg在M.16-type染色体重组动力学的影响,首次发现的自然界中,然后在实验室(Cadillo-Quiroz et al ., 2012)。我们发现pM164的转移,一个集成的接合质粒,使高频重组附近的染色体区域。如何染色体DNA细胞间传播在很大程度上仍然是未知数。为了真正理解mg对染色体动力学的影响需要更多的研究来进一步阐明DNA转移的机制硫化叶菌种虫害。特别是,需要更多的遗传和生化方法来理解古细菌生物学参考mg和细胞生物学作为一个整体。本研究提供的证据表明,机制之间的关系存在,而这关系进化种群内的影响美国islandicus

数据可用性声明

在这项研究中提出的数据集可以在网上找到存储库。库的名称/存储库和加入号码可以找到(s)如下:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/PRJNA907032

作者的贡献

RS-N RW设计研究和起草了手稿。RS-N进行实验,进行数据分析和突变体完成建设和评估。CZ导致了实验设计和提供发表菌株。RS-N CZ, RW导致修改手稿。所有作者基本贡献的手稿和批准最后的手稿。

资金

这项工作主要是由分工的资助资助环境生物学(DEB) RW(1355171),美国国家科学基金会。这项工作也是部分由国家航空和宇宙航行局(NASA)通过美国宇航局天体生物学研究所合作协议。通过科学任务理事会发布的NNA13AA91A。

确认

作者感谢阿兰·柯林斯支持生物信息学分析。作者还感谢Jaya Chandrashekhar测序图书馆准备和提交样品。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

补充材料

本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2023.1114574/full补充材料

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关键字:重组、基因转移、接合质粒,硫化叶菌islandicus古生菌,结合频率

引用:Sanchez-Nieves RL,张C和惠特克RJ(2023)集成接合质粒驱动高频染色体基因转移硫化叶菌islandicus前面。Microbiol。14:1114574。doi: 10.3389 / fmicb.2023.1114574

收到:2022年12月02;接受:09年1月2023;
发表:2023年1月23日。

编辑:

玛莲范沃尔弗伦德国弗莱堡大学

审核:

徐冯山东大学,中国
鸣海三日本东洋大学
Susanne Erdmann德国马普协会

版权©2023 Sanchez-Nieves,张,惠特克。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。

*通信:雷切尔•j•惠特克www.雷竞技rebatfrontiersin.orgrwhitakr@illinois.edu

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