Inter-phylum hgt е оформил метаболизма на много мезофилни и анаеробни бактерии -

inter-phylum

  • Субекти
  • Обобщение
  • Въведение
  • Резултати
  • Подход за преодоляване на известни ограничения при откриването на HGT
  • Споделената физиология и екология са в основата на високите HGT мрежи между ръбовете
  • Обширен интерфилен HGT често се случва между мезофилите
  • Функционални категории гени, които се обменят най-често
  • Ролята на интерфилния HGT в бактериалната адаптация
  • Дискусия
  • Допълнителна информация
  • PDF файлове
  • Допълнителен материал
  • Excel файлове
  • Допълнителна таблица S9

Субекти

Обобщение

Въведение

Бактериите катализират основните стъпки на геохимичните цикли в почти всички местообитания на Земята и са партньори във важни екологични взаимоотношения с много еукариотни организми (т.е. симбиоза, протокооперация, конкуренция). Един от ключовите механизми, залегнали в основата на това забележително физиологично разнообразие, е хоризонталният генен трансфер (HGT) (Ochman et al., 2000, McDaniel et al., 2010). Всъщност, скорошният анализ на протеиновите семейства предполага, че HGT, а не дублирането на гени, е довело до разширяване на протеините и функционална новост при бактериите, за разлика от повечето еукариотни организми (Treangen and Rocha, 2011). Последователността на хиляди микробни геноми през последните две десетилетия позволи да се идентифицират HGT събития в различни времеви мащаби, от древни до скорошни събития и между организми с различна еволюционна връзка, от тясно свързани с тясно свързани геноми (Gogarten et al. ., 2002; Beiko et al., 2005; Ochman et al., 2005; Zhaxybayeva et al., 2009a), разкривайки, че HGT е повлиял на еволюционната история на повечето, ако не и на всички, бактериални линии.

Тук ние разширяваме нашия предишен анализ на най-доброто съвпадение (Caro-Quintero et al., 2012) с всички налични пълни геномни последователности на Archaea и свободно живеещи бактерии, за да оценим количествено дали екстензивен интерфациален HGT се среща в не-екстремни среди и да идентифицираме коя околна среда и екологичните условия благоприятстват такива HGT събития и кои функционални гени се предават най-често. Нашият тръбопровод за биоинформатика минимизира ефекта от таксономичната класификация и прекомерното представяне на специфични филогенетични групи, за да предостави обективни количествени оценки на HGT във всички оценени таксони.

Резултати

Подход за преодоляване на известни ограничения при откриването на HGT

Изображение в пълен размер

Споделената физиология и екология са в основата на високите HGT мрежи между ръбовете

Влиянието на екологията и физиологията върху обмена между границите беше оценено чрез генериране на мрежи, които представляват случаи на HGT. Тези мрежи са създадени чрез свързване на донори и получатели със статистически значим HGT сигнал (прагова стойност q 0,005). Изградени са две мрежи, една за анализ на геномно ниво и друга за индивидуално генно ниво. Подмрежите бяха наречени „N“ за нивото на генома (допълнителна фигура S3) и „A“ (фигура 2) за анализа на генното ниво. Във всяка мрежа се използва алгоритъм за клъстериране на общността (Clauset et al., 2004; Newman and Girvan, 2004), за да се групира оригиналната мрежа в подмрежи, които биха увеличили максимално връзките HGT между нейните членове, т.е. HGT да бъде по-богат между геноми в подмрежата в сравнение с други геноми или подмрежи. Според очакванията междуобменният обмен в рамките на подмрежа включва 6 до 37 пъти повече гени в сравнение с подмрежите, в зависимост от разглежданите подмрежи (Фигура 2в). Екологичните и физиологични параметри бяха насложени върху подмрежите, за да се оцени съответствието им с наблюдаваните групи.

Изображение в пълен размер

Мрежовият анализ на ниво геном разкрива, че HGT е силно облагодетелстван от (споделена) екология и толерантност към кислород. Алгоритъмът за клъстериране на общността разделя мрежата на ниво геном на четири подмрежи, N1, N2, N3 и N4 (допълнителна фигура S3). Подмрежата N3 е обогатена с коменсални геноми и патогени, свързани с животни или хора (64% от общите геноми), което е значително като функция от честотата на тези геноми в преклустерирания набор от данни за генома (P стойност 70% от гени, открити при обмен от Smillie et al. (2011), също бяха идентифицирани по нашата методология.Подмрежата N2 беше значително обогатена с бактерии, свързани с почвата и растенията (∼ 50% от общия брой), определени за Rhizobiales, Bradyrhizobiaceae и Comamonadaceae (тип Proteobacteria ) и Streptomycetaceae и Micrococcaceae (Actinobacteria) (P-стойност 40% идентичност на аминокиселината над 70% от дължината на заявката за протеин), преди това сме изчислили, че същите геноми на Sphaerochaeta, споменати по-горе, са разменили до 40% от всички гени с Firmicutes ( Caro-Quintero et al., 2012).