Maybaygiare.org

Blog Network

vaimennuksen ja antikerminaation säätelyn tunnistaminen prokaryooteissa

vaimentimien luonnehtiminen B. subtilis-ja E. coli-bakteereissa

laaja kirjallisuushaku tehtiin B. subtilis-bakteerin vaimennuksen tai antikerminaation säätelemiä operoneja varten ja 46 tällaista operonia löydettiin. Nämä vaihtelevat kokeellisesti hyvin kuvatuista trp-operoneista niihin operoneihin, joissa terminaattorirakenteita on löydetty ja vaimennus on odotettavissa, joskaan ei hyvin kokeellisesti (täydellinen luettelo katso http://www.bork.embl-heidelberg.de/Docu/attenuation). Näitä 46 tunnettua terminaattorirakennetta käytettiin B. subtilis-vaimennusterminaattoreiden yhteisten ominaisuuksien määrittämiseen. Näiden ominaisuuksien avulla seuloimme 3650 B. subtilis-geenien yläjuoksun alueet (materiaaleissa ja menetelmissä kuvattuja menetelmiä käyttäen) terminaattorin poimuja varten. Kirjallisuushaussa löydetyistä alkuperäisistä 46 tunnetusta terminaattorista 43 säilyi tässä seulonnassa. Lisäksi saatiin 1117 upstream-taittoa, jotka sopivat kriteereihimme. Lisäksi kontrollina käytimme samaa suodatus-ja taittomenetelmää intergeenisillä alueilla sen jälkeen, kun sekvenssit sekoitettiin satunnaisesti (suodatuksen jälkeen saatiin 952 poimua satunnaisesti sekoitetuista sekvensseistä).

kaikkien intergeenisten alueiden poimut ja suodatuksen jälkeen saadut sekoitetut sekvenssit piirrettiin niiden stabiilisuuden ja pituuden perusteella (Kuva 1). Tunnettu terminator taittuu sijaitsevat klusterin selvästi erillinen ja erillinen niistä taittuu satunnaisesti sekoitetaan sekvenssejä. Terminaattorin poimut ovat pituuteen suhteutettuna vähäisempää vapaata energiaa (ΔG) kuin satunnaisten jaksojen ennustetut poimut. Samanlainen kahden helposti erotettavan klusterin malli syntyy, kun verrataan tunnettuja terminaattorirakenteita taitettuihin introgeenisiin alueisiin, joissa terminaattoria ei odoteta löytyvän (tietoja ei näytetä).

Kuva 1
kuvio1

runkosilmukkarakenteiden Stabiilisuus ja pituusjakaumat B. subtiliksen yläjuoksun jaksoissa. Punainen viiva näyttää suurimman varianssin (KS.materiaalit ja menetelmät), joka on johdettu varren silmukkarakenteista sekoitetuissa sekvensseissä. Vaaleansiniset viivat antavat merkityksellisyysmittaukset keskihajonnan perusteella. Kunkin pisteen määritelmä yhdessä naapurigeenien orientaation kanssa on esitetty oikeassa yläkulmassa.

pääkomponenttianalyysin avulla määritimme satunnaisesti sekoitettujen sekvenssien suurimman varianssin. Tämä voi antaa meille mitan (käyttäen keskihajontaa), jonka taittuu ovat merkittävästi erilaisia kuin taittuu satunnaisia sekvenssejä (KS.materiaalit ja menetelmät). 1160 taittuu, yhteensä 203 taittuu intergeenisten alueiden saatu meidän näytön alle 2nd poikkeama linja (z ≤ -2) johdettu pääkomponentti. Näiden katsotaan siis eroavan merkittävästi satunnaisista poimuista ja mahdollisista päättymispaikoista, joissa on vaimennus-tai antikerminaatiosäätelyä. Neljäkymmentäkaksi näistä ovat tunnettuja vaimennusterminaattorit taittuu (alkuperäisestä 43 tunnettu taittuu ylläpidetään suodatuksen jälkeen). Näin voimme saada 91,3% (42/46) tunnetuista ja kokeellisesti luonnehdituista vaimennus-ja antiterminaatiopaikoista käyttämällä suodatinta ja merkityksellisyysmittaria. Lisäksi suodatin ja merkitys mitta seuloo yli 97.7% (930 952) taittuu satunnaisia sekvenssejä. Satakuusikymmentäyksi (203 yhteensä lukuun ottamatta 42 tiedossa) taittuu alle linjan (Z ≤ -2) ovat taittuu ei vielä analysoitu kokeellisesti ja voidaan ennustaa olevan vaimennus terminaattori rakenteita.

yksityiskohtaisessa tutkimuksessa havaittiin, että monia näistä ennusteista tuetaan vahvasti oletuksellisina vaimennus-tai antiterminaatiopaikkoina genomisessa kontekstissa, kuten oletettujen promoottorisekvenssien esiintymisessä, putatiivien ja tunnettujen operonien ylävirtaan sijoittumisessa jne. Kaksi terminaattorirakenteista ylävirtaan geenejä ydbJ ja yqhI toimivat yksityiskohtaisina esimerkkeinä siitä, miten genomiyhteys voi informoida ja tukea voimakkaasti taulukossa 1 (kuva 2) esitettyjä ennusteita. B. subtilisin geeni ydbJ on listattu hypoteettiseksi ja homologiseksi ABC-transporter-geenille (kuparin kuljetukseen osallistuva ATP: tä sitova proteiini). Välittömästi alavirtaan tuleva geeni ydbK: lla on homologia kalvopäällysteisiin permeaasiin. Käyttämällä merkkijono (hakutyökalu löytää toistuvia esiintymiä naapurimaiden geenien), ortologs näiden kahden geenien löytyy myös samassa järjestyksessä transkriptioyksiköissä 15 muut etäisesti sukua genomit, mikä viittaa siihen, että nämä geenit muodostavat operonin. Nämä geenit vaikuttavat olevan tyypillisessä ABC transporter operonikonfiguraatiossa ja useiden ABC transporter operonien tiedetään säätelevän vaimentumista B. subtilisissa . YdbJ ylävirtaan alueella on myös oletettu promoottori sekvenssi ja ennustettu taittuu käyttäen RNAfold (KS.materiaalit ja menetelmät) koko ylävirtaan sekvenssi viittaavat siihen, että se voi taittaa monimutkaisia mahdollisia antiterminaatio taittuu (tietoja ei näytetä). Tämän perusteella ennustamme, että tämä on ABC-siirtimen operoni, jota säätelee vaimennus. Toinen esimerkki, yqhI, on ensimmäinen geeni, joka koostuu kolmesta geenistä, joilla kaikilla on homologia glysiinin biosynteesigeeneihin putatiivisessa transkriptioyksikössä. Tällä kolmen geenin juoksulla on myös ortologeja, joita löytyy naapureina muista genomeista . Monien B. subtilisin aminohappojen biosynteesioperonien tiedetään säätelevän vaimennusta, mikä tukee tätä ennustusta.

kuva 2
kuva2

kaaviokuva B. subtilis-geenien ydbJ: n ja yqhI: n naapurustosta ja ennustetuista rakenteista. Geenejä merkitään värillisillä nuolilla ja ne ovat transkription orientaatiossa suhteessa referenssigeenin orientaatioon (ydbJ tai yqhI). Suuri sininen varsi-silmukka Sarjakuvat merkitsevät ennustettu terminaattori kertaiseksi vaimennus, ” t ” on huomautuksena standardi terminaattori kertaiseksi. Intergeeni alueet piirretään mittakaavassa ja bp pituudet näistä annetaan alla kuva.

Taulukko 1 ennustetut vaimentajat B: n genomissa. subtilis

selvittääksemme, pitävätkö havaitut kuviot paikkansa ainoassa muussa genomissa, jossa vaimennus tai antiterminaatio on hyvin tutkittu ja kokeellisesti kuvattu, sovelsimme samaa menetelmää myös E. colin genomin geenien yläjuoksulle, jossa 16 operonia on kuvattu vaimennuksen tai antiterminaation säätelemiksi. Kuten kuvasta 3 voidaan nähdä, tunnetuilla E. coli-vaimennus-ja antiterminaatio-terminaattorirakenteilla on samanlaiset ominaisuudet kuin B. subtilis-bakteerilla. 15: tä 16: sta tunnetusta vaimentimesta ylläpidettiin suodatuksen jälkeen. Merkitsevyysmittarilla erotetaan 14 näistä E. coli-terminaattoreista satunnaisista poimuista, kuten kuvassa 3 nähdään. Kuten B. subtilis, käyttäen (z≤-2) – viivaa merkityksen mittana, pystymme ennustamaan vaimenemista 146 alueelle (kuva 3 ja taulukko 2).

kuva 3
kuva3

runkosilmukkarakenteiden Stabiilisuus ja pituusjakauma E. coli-bakteerin alkujuoksun jaksoissa. Punainen viiva näyttää suurimman varianssin (KS.materiaalit ja menetelmät), joka on johdettu varren silmukkarakenteista sekoitetuissa sekvensseissä. Vaaleansiniset viivat antavat merkityksellisyysmittaukset keskihajonnan perusteella. Kunkin pisteen määritelmä yhdessä naapurigeenien orientaation kanssa on esitetty oikeassa yläkulmassa.

Taulukko 2 E. colin genomin ennustetut vaimentajat

analyysin laajentaminen 26 genomiin

analyysi B. subtilis ja E. coli-bakteerin mukaan bakteerien genomien laajempi kartoitus voisi osoittautua hyödylliseksi sekä näiden genomien vaimenemisen ja antiterminaation säätelyn ennustamisessa että näiden säätelymekanismien kehityksen ja jakautumisen luonnehtimisessa. Tähän tutkimukseen valittiin kaksikymmentäneljä valmista genomia niiden laajan jakauman perusteella evolutiivisen spektrin alueella (Taulukko 3). Näiden genomien intergeeniset alueet analysoitiin samoilla menetelmillä ja suodattimilla kuin B. subtilisilla ja E: llä. coli ja ennustettu vaimennus ja antiterminaatio terminator taittuu samalla tavalla saatu.

Taulukko 3 Luettelo kaikista tässä tutkimuksessa tutkituista 26 genomista

kuten taulukosta 3 käy ilmi, tutkituissa genomeissa on laaja jakauma oletettujen vaimennus-ja antiterminaatiosäätelyalueiden määrässä. Ne vaihtelevat Mycobacterium tuberculosis-bakteerin 5: stä Clostridium acetobutylicum-bakteerin 275: een (Taulukko 3). Aikaisemmat yritykset ennustaa standarditranskription päättymispaikkoja transkriptioyksiköiden lopussa antavat samansuuntaisia tuloksia. Mielenkiintoista, tulokset standardin transkriptio terminaattorit korreloivat meidän. Kuten löytyi Ermolaeva et. al standardin terminaattorit lopussa transkriptio yksiköt (tämä paperi tutkittu terminaattorit lopussa ORFs ja ei kohdistettu yläjuoksulla alueilla, mikä suodattaa pois mahdolliset vaimentimet), jotkut eniten esiintymiä vaimennus-ja antiterminaatio sivustoja meidän tutkimus löytyy samoin geeneissä E. coli, H. influenze, D. radioduraanit ja B. subtilis sekä vähiten esiintymiä sellaisissa genomeissa kuin H. pylori ja M. tuberculosis (genomit raportoitiin heidän tutkimuksessaan).

ensi silmäyksellä tämä näyttäisi viittaavan siihen, että monet genomit eivät käytä samoja päättymismekanismeja standardin transkription päättymiseen eivätkä käytä vaimennusta tai antiterminaatiota säätelyssä. Näin on todennäköisesti joissakin genomeissa. Jos kuitenkin geneeristen alkujuurten alueiden määrää verrataan ennustettujen alueiden määrään, saadaan vahva positiivinen korrelaatio (Kuva 4). Mitä pienempi määrä geenejä ja geenien välisiä alueita perimässä on, sitä pienempi on ennustettujen terminaattoreiden esiintyminen (sekä standardipranskriptioterminaattorit että vaimennus/antiterminaatiosäätelyterminaattorit). Tämä osoittaa, että alhainen määrä sekä standardin päättämistä ja sääntelyn päättämistä monissa genomeissa johtuu paljon pienempi genomin koko ja vähentäminen määrä sääntelyoperonien, eikä välttämättä riippuvuus eri mekanismien päättämisen ja sääntelyn.

Kuva 4
kuva4

Graph of the number of intergenic regions vs. the number of potative vaimennus and antitermination sites in all 26 genomitutkimuksessa. Useat genomit, joilla on tunnettu vaimennus tai antiterminaatio, on merkitty vertailtaviksi samoin kuin M. tuberculosis ja Archaea. Dashed line on eksponentiaalinen trendilinja.

Kuvassa 4 on selvä poikkeama, ja oletettuja terminaattoreita on huomattavasti odotettua vähemmän, Mycobacterium tuberculosis. Tämä genomi on paljon pienempi esiintyminen oletettu vaimennus ja antiterminaatio sivustoja kuin olisi mahdollista sen koko ja määrä geenien alueiden. Unniraman et al. päättelee, että M. tuberculosis käyttää erilaista terminaatiomekanismia, joka hyödyntää terminaattorirakenteita ilman muissa genomeissa tarvittavaa poly-U-häntää. Näin ollen Poly-U: ta sisältävien terminaattorirakenteiden väheneminen suhteessa geenien välisten alueiden määrään voidaan selittää sillä, että M. tuberculosis turvautuu erilaiseen terminaatiomekanismiin. Tämä ei välttämättä todista, ettei M. tuberculosis-taudissa ole vaimennus-tai antiterminaatiotyyppistä säätelyä. Kuitenkin, se osoittaa, että joko menetys standardin mekanismi irtisanomisen tässä genomi on vähentynyt, jos ei eliminoitu vaimennus tai antiterminaatio M. tuberculosis tai vaihtoehtoisesti, vaimennuksen kaltainen mekanismi voisi olla olemassa tässä genomissa, joka hyödyntää M. tuberkuloosi epätyypillinen terminaattori.

kaikilla muilla tutkituista 25 genomista on oletettu vaimennus-tai antiterminaatiosäätelykohta. Jopa alhaisin määrä ennustettu vaimennus tai antiterminaatio sivustoja löytyy M. genitalium ovat merkittävä osa mahdollisista sääntelyn intergeenisiä alueita, alhainen määrä on helposti selittää tämän genomin suhteellisen pieni koko ja harvat intergeenisten alueiden ja transkriptioyksiköt. Nämä tulokset viittaavat siihen, että vaimennus-ja antiterminaatiosäätely on mahdollisesti prokaryoottien yleinen säätelymekanismi muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta.

genomin koko ja vaimennus

Jos genomin GC-sisältöä verrataan ennustettujen vaimentimien lukumäärään satunnaisesti sekoitetun sekvenssin perusteella, GC-pitoisuus korreloi jonkin verran ennustettujen vaimentimien lukumäärän kanssa, mikä on odotettavissa, koska suodattimissa tarvitaan poly-U-ajo. Kuvassa 5a, poimuja satunnaisesti sekoitetaan intergeeni sekvenssien meidän 26 genomit piirrettiin määrä suodatettu taittuu per intergeeninen alue suhteessa määrä intergeenisten alueiden. Jos suodatettujen poimujen määrä oli täysin satunnainen, alueita tulisi olla suhteellisen vakio alueittain suhteessa alueiden määrään. Kuten kuvasta 5a näkyy, näin ei ole täysin. Satunnaisesti sekoitetuista sekvensseistä saatujen suodatettujen poimujen määrä aluetta kohti riippuu genomin GC-pitoisuudesta. Alhaisen GC-pitoisuuden genomeilla on hieman suurempi taitosten määrä aluetta kohden kuin noin 50% GC-pitoisuuden genomeilla ja korkean GC-pitoisuuden genomeilla on paljon pienempi määrä kuin molemmilla. Tämä on odotettavissa satunnaisista sekvensseistä, jotka on suodatettu Poly-U-runkoja sisältäville runkosilmukkarakenteille.

kuva 5
kuva5

genomin koko ja säätely. (a) Intergeeniset sekvenssit 26 genomia sekoitettiin satunnaisesti, taitettiin ja suodatettiin raportoidulla menetelmällä, jotta saatiin oletettuja ”vaimentimia”. Näiden sekoitettujen ja suodatettujen poimujen määrä intergeenistä aluetta kohti piirrettiin kunkin genomin osalta intergeenisten alueiden lukumäärään. Korrelaation, jos se on satunnaista, tulisi pysyä vakiona ja riippumatta genomin koosta. Siniset pallot edustavat tutkimuksessamme proteobakteereita ja Bacillis-lajeja, beiget archaeabakteereita ja vihreät loput. Sfäärit ovat kooltaan suhteessa genomin GC-pitoisuuteen ja GC-pitoisuus on merkitty kunkin pallon sisällä. Satunnaisten poimujen määrä per intergeeninen alue on GC-pitoisuuden funktio, kuten voitaisiin odottaa suodattamalla poimuja poly-U-ajoilla. Genomit, joilla on tunnettu vaimennus tai antiterminaatio, on merkitty, koska genomin tiedetään olevan käyttämättä vaimentimia poly-U: n kanssa päättymisessä. (B) 22 genomin Intergeeniset sekvenssit taitettiin ja suodatettiin mahdollisten vaimentimien ja vaimennuksen tai antiterminaation säätelyn osoittamiseksi. Näiden ennustettujen vaimentimien määrää intergeenistä aluetta kohti verrataan genomissa olevien intergeenisten alueiden määrään. Toisin kuin poimuja satunnaisesti sekoitetaan sekvenssejä, vahvin determinaatti taajuus vaimennus on genomin koko (määrä intergeenisten alueiden ja genomin koko korreloivat voimakkaasti). Värit ja merkinnät ovat samat kuin 5A: ssa.

silloinkin, kun otetaan huomioon M. tuberkuloosin GC-pitoisuus, sen ennustettujen vaimentajien määrä on vähentynyt suhteessa muihin korkean GC-genomeihin (Kuva 5b). Itse asiassa kuva 5b (todellisten intergeenisten sekvenssien ennustetut vaimentajat) osoittaa, että vahvin määrite ennustettujen vaimentimien määrästä per intergeeninen alue ei ole GC-pitoisuus vaan genomin koko (tarkemmin intergeenisten alueiden määrä). Yleensä suuremmilla genomeilla ei ole vain suurempi absoluuttinen määrä ennustettuja vaimentajia, vaan niillä on suurempi ennustettujen vaimentimien esiintyminen aluetta kohti. Jos GC-pitoisuus on yhtä suuri kahdessa genomissa, suuremmassa genomissa on todennäköisemmin suurempi määrä ennustettuja vaimentajia per geenien välinen alue. Aiemmissa raporteissa on esitetty vastaavia ilmiöitä säätelyproteiineissa, suurilla genomeilla näyttää olevan suurempi osa niiden kokonaismäärästä geenejä, jotka koodaavat proteiineja, jotka sisältävät säätelymotiiveja . Mielenkiintoista, discounting archaebacteria ja korkea GC-pitoisuus genomit, genomi noin 1500 intergeeni alueiden näyttää olevan kynnys, jossa taajuus säätelyvaimentimien kasvaa genomin.

vaimentimien jakautuminen ja säilyminen grampositiivisissa bakteereissa

seitsemän grampositiivisten bakteerien genomia (B. subtilis, B. halodurans, L. innocua, S. aureus, C. acetobutylicum, L. lactis ja S. pneumoniae) analysoitiin, säilyvätkö vaimennusterminaattorit ortologien edessä. Ennustettujen vaimennusterminaattoreiden lukumäärä B. subtilis-geenissä ja niiden ortologeissa muissa kuudessa genomissa on lueteltu taulukossa 4. Genomit lajitellaan fylogeneettisen etäisyyden mukaan B. subtilis lasketaan näiden genomien jaettujen ortologien aminohapposekvenssien perusteella. Lähin B. subtilis on B. halodurans ja aminohapposubstituutioiden keskimääräinen lukumäärä paikkaa kohden on 0,238 ja kaukaisin on S. pneumoniae ja aminohapposubstituutioiden keskimääräinen lukumäärä paikkaa kohden on 0,422. Taulukossa 4 luetelluista 42 geenistä muissa genomeissa esiintyvien ortologien määrä vaihtelee vain vähän perimästä toiseen: suurin ja pienin ortologien määrä on 31 L. lactisilla ja 26 S. aureuksella ja C. acetobutylicumilla. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että näillä 42 geenillä on joitakin perustoimintoja, kuten aminoasyyli-tRNA-synteesi. Toisaalta ennustettujen vaimennusliittymärakenteiden määrät vaihtelevat merkittävästi: B-ryhmässä. haloduraanit, 22 ortologista geeniä ovat ennustaneet vaimennuksen päättymisrakenteita, kun taas vain 4 ortologista geeniä on ennustettu rakenteet S. pneumoniae. Tämä osoittaa, että vaimennuksen aiheuttama säätelyn puuttuminen tai läsnäolo säilyy paljon heikommin kuin geenin tai operonien läsnäolo.

Taulukko 4 luettelo tunnetuista vaimentimista B: ssä. subtilis verrattuna kuuden muun grampositiivisten bakteerien genomien ennusteisiin

sama suuntaus pätee myös muihin kuin tunnettuihin ennustettuihin vaimennuksen päättymisrakenteisiin (Taulukko 5). On olemassa 105 ortologista geeniryhmää, joilla on ainakin yksi muu genomi, joka sisältää ennustetun vaimentajarakenteen ortologisen geenin yläjuoksulla. Rajoittuen ortologeihin, jotka ovat ennustaneet vaimentimia B: ssä. subtilis (35 ryhmää), suurin ja pienin määrä yhteisiä ortologeja geeneistä, joita tiedetään säätelevän vaimennuksella tai antiterminaatiolla B. subtilis-geenissä, ovat vastaavasti 28 (L. innocua) ja 18 (S. pneumoniae). Ennustettujen vaimennusliittymärakenteiden määrät kuitenkin vaihtelevat enemmän. Vaikka B. haloduransissa on 13 geeniä, joilla on ennustetut rakenteet, joka on B. subtilisia lähimpänä kuuden grampositiivisen bakterian joukossa, vain 2 geeniä on ennustanut rakenteita S. pneumoniaessa.

Taulukko 5 Luettelo kaikista ortologisista geeneistä kuudessa grampositiivisessa bakteerigenomissa, joissa kahdella tai useammalla genomilla on yhteinen ennustettu vaimentaja

vaikka vaimentimien säilyminen kokonaisuutena on Heikkoa, ennustetut vaimennuksen päättymisrakenteet ja niiden loppupään geenit säilyvät joidenkin geeniryhmien osalta. Yksi tällainen esimerkki on infC-rpml-rplT operon (kuva 6a). S. pneumoniae-bakteerin infc: n alkupäässä ei ennusteta vaimennusreaktiorakennetta (Taulukko 5). Lähempi tarkastelu tällä alueella BLAST paljasti, että infC: n n-terminaali on yliennustettu 27 tukikohdassa. Lisäämällä 27 emästä intergeeniseen alueeseen yläjuoksulla löysimme vakaan varren silmukkarakenteen, jota seurasi poly-U-jäämiä myös S. pneumoniaessa (Kuva 6b). Tässäkin esimerkissä lajien välillä on kuitenkin huomattavia eroja varren silmukkarakenteiden suhteellisessa sijainnissa ja sekvenssisuojelussa. Lisäksi jopa fylogeneettisesti lähimmän parin, B. subtiliksen ja B. haloduraanit, etäisyydet varren päästä infc: n alkukodoniin ovat vastaavasti 69 ja 37 emästä, ja vain varren yhteiset segmentit ovat guguggn{x}cccacac (x = 12 B. subtilisilla ja x = 9 B. haloduraneilla). Kaikkien seitsemän genomin joukossa on vain heikko samankaltaisuus, gyggg (gacgg in C. acetobutylicum) varren alueella.

kuva 6
kuva6

ennustettu vaimennuksen päättymisrakenne in upstream region of putative infC-rpmI-rplT operon. a) geenien Järjestys. Vain intergeeniset alueet piirretään mittakaavaan ja intergeenisten alueiden pituus annetaan viivan alapuolella. Ortologiset geenit on merkitty samoilla väreillä. Hypoteettiset geenit ja muut ei-ortologiset geenit merkitään vastaavasti ”hyp” – ja niiden geenitunnuksilla. Genomien lyhenne: Bs, B. subtilis; BH, B. halodurans; Li, Listeria innocua; Sa, Staphylococcus aureus; Ca, Clostridium acetobutylicum; Ll, Lactococcus lactis; SP, Streptococcus pneumoniae. (B) ennustetut vaimennuksen päättymisrakenteet. Emäsparit merkitään punaisilla pisteillä emäskoodien välissä. Emäsnumerointi näyttää alavirtageenin etäisyyden alkukodonista. Poly-Us juuri alavirtaan varren silmukan rakenne on väriltään vihreä. Heikosti säilyneet segmentit ovat väriltään punaisia. Genomien lyhenne on sama kuin kohdassa (a).

ennustettujen vaimennusreaktiorakenteiden säilymistä on havaittu myös nusA-geenin sisältävän mahdollisen operonin alkupäässä (Kuva 7a). Neljä seitsemästä genomista sisältää ennustettuja vaimentajarakenteita hypoteettisen proteiinin alkupäässä (ylxS in B. subtilis). Runkosilmukkarakenteita on myös kolmessa muussa genomissa, joskaan nämä rakenteet eivät läpäise suodattimia. Rakenteiden sijainti loppupään geenin ja itse sekvenssien transkription aloituskohtaan vaihtelee merkittävästi tässäkin esimerkissä. Näissä kantasekvensseissä segmentti GUGGG (Gagcg L. lactisissa ja gaggc S. pneumoniaessa) säilyy ennustetussa operonissa, joka sisältää nusA-geenin (Kuva 7b). Mielenkiintoista on, että 5-pohjaiset segmentit ovat samanlaisia tai hyvin samankaltaisia kuin infc: n yläjuoksulla sijaitsevat runkosilmukkarakenteiden segmentit (kuva 6b). Näiden kahden operonin geenejä koodaavat proteiinit osallistuvat transkriptioon. Sekvenssisegmenttien säilyminen infC-rpmI-rplT-operonin ja nusA: n sisältävän operonin ennustetuissa vaimennuspääterakenteissa tarkoittaa, että on olemassa yhteinen säätelymekanismi, joka tunnistaa runkosilmukkarakenteen ja tämä säätelisi molempia operoneja samalla tavalla.

Kuva 7
kuva7

ennustettu vaimennuksen päättymisrakenne ylxs-geenin yläjuoksulla. a) geenien Järjestys. Ennustetut runkosilmukkarakenteet, joilla on tilastollinen merkitys, merkitään sinisellä, ja muut rakenteet, jotka eivät läpäise suodattimia tai joilla on vähemmän merkitystä, merkitään punaisella. Toinen selitys, KS. kuva 6A. (b) ennustetut vaimennuksen päättymisrakenteet. Katso selitystä kuviosta 6B.

Proteobakteerien vaimentimien jakautuminen ja säilyminen

useat vaimentimien säilymiseen liittyvät seikat käyvät välittömästi ilmi grampositiivisten bakteerien analyysistämme . Ensinnäkin vaimennus-tai antiterminaatiosäätelyn jakautuminen ei säily hyvin gram-positiivisessa baceriassa ja lisäksi säilyneissäkin säätelyjärjestelmissä sekvenssin ja rakenteen säilyminen on Heikkoa. Sama pätee proteobakteereihin. E: n 14 geenistä. coli (KS. taulukko 5a), jonka tiedetään säätelevän vaimennusta tai antiterminaatiota, yhdelläkään neljästä muusta proteobakteerin genomista ei ole vaimentimia, jotka olisivat ennustaneet vastavirtaan ortologeja. Kuudessa on vaimentimia, jotka ennustavat yläjuoksun ortologeja ainakin yhdessä neljästä muusta genomista. Kolme on geenejä, joilla on ortologeja kaikissa neljässä muussa genomissa, mutta näillä ei ole ennustettuja vaimentajia. Loput viisi E. coli-geeniä eivät joko ole tunnettuja ortologeja toisessa genomissa tai ortologeilla on täplikäs jakauma eikä ennustettuja vaimentajia. Lähempi tarkastelu käsin vahvistaa tämän päätelmän. Taulukko 5b on luettelo kaikista ennustetuista vaimentajista kussakin proteobakteerien gamma-jaon viidessä genomissa, joissa vastaava vaimennin ennustetaan toisen genomin ortologille. Kuten tästä taulukosta käy ilmi, vaimennus ja antiterminaatio näyttävät säilyvän heikosti säätelymekanismina vastaavissa operoneissa proteobakteerien genomeissa. Näiden viiden genomin yhteensä 475 geenistä ja niiden ortologista, jotka ovat ennustaneet vaimentajia, vain 36 on jaettu kahden tai useamman genomin ortologeja (taulukot 3, 5a ja 5b).

taulukko 5a luettelo tunnetuista vaimentimista E: ssä. coli verrattuna proteobakteerien neljän muun genomin (gamma subdivision) ennusteisiin
taulukko 5b luettelo kaikista ortologisista geeneistä viidessä proteobakteerin (gamma subdivision) genomissa, joissa kahdella tai useammalla genomilla on ennustettuja vaimentajia

aikaisemmat erityissysteemejä koskevat tutkimukset ovat raportoineet, että E. colin joidenkin operonien vaimennus-ja antiterminaatiosäätely säilyy vain lievästi gammadivisioonaproteobakteereilla. E. coli-bakteerin säätelevillä rpsJ-operoneilla ja trpE-ja pheA-operoneilla on osoitettu olevan Täplikäs jakauma ja heikosti säilyneet proteobakteerit. Kuten taulukoista 2, 5a ja 5b käy ilmi, olemme pystyneet laajasti laajentamaan tämän vaimennus-ja antiterminaatioanalyysin koskemaan useimpia tällaisia proteobakteerien järjestelmiä, ja olemme osoittaneet, että tämä pätee kaikkiin tunnettuihin vaimennus-ja antiterminaatiosäätelymekanismeihin E. coli-bakteerissa ja muihin ennustettuihin mekanismeihin muissa gamma-jakogenomeissa. Esimerkki on kuvassa 8 vaimentimien ja säätelyn low sequence-säilyttämisestä. Kuvassa 8a, yksi enemmän säilynyt vaimentimet on esitetty, että hisG operon. Tämä operoni-ja säätelymekanismi on hyvin tunnettu E. coli-bakteereissa ja analyysimme ennustaa samanlaisia vaimennuksen säätelymekanismeja v. cholerae-ja H. influenzae-bakteereissa. Ennustetut vaimentimet ovat säilyttäneet asemansa (noin 40-50 bp hisG-geenin käynnistyskodoni yläjuoksulla) ja stem-sekvenssi. Vaikka ympäröivät geenien väliset alueet eivät ole mahdollisia yhdenmukaistaa, V. cholerae ja H. influenzaella on mahdollisia aminohappojohtajasekvenssejä, joissa on Histidiinejä, jotka ovat tyypillisiä E. colin vaimennussäätelymekanismille. Ennustettuja vaimentajia ei löytynyt P. aeruginosan, N. meningitiduksen ja X. fastidiosan kolmesta muusta gamma-subdivision probacteria-genomista. P. aeruginosassa intergeeninen alue hisG-ortologista yläjuoksulla on vain 17 bp: n pituinen, X. fastidiossa ortologinen geeni on päällekkäinen ORF: n kanssa yläjuoksulla, ja vaikka vastaava N. meningitidus-geenien välinen alue on riittävän pitkä, vaimenninta ei ennusteta.

Figure 8
figure8

Predicted attenuation termination structure in upstream region of HisG gene in E. coli. (a) Order of genes. Predicted stem-loop structures with statistical significance are indicated in blue. For the other explanation, see legend to figure 6a. Abbreviations for genomes: Ec, Escherichia coli; Hi, Haemophilus influenzae; Vc, Vibrio cholerae; Pa, Pseudomonas aeruginosa; Xf, Xylella fastidiosa; Nm, Neisseria meningitidis. (B) ennustetut vaimennuksen päättymisrakenteet. Katso selitystä kuviosta 6B.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.