GENOMIC ISLANDS OF SINORHIZOBIUM MELILOTI SITE-SPECIFICALLY INTEGRATED INTO THE TRNA-THR(GGT)

Abstract

Full Text

Геномные острова (ГО) - генетические элементы, передающиеся между бактериями одного или разных видов посредством горизонтального переноса и сайт-специфически встраивающиеся по генам тРНК. Функциональное значение ГО определяется генами, входящими в их состав. Проведен in silico анализ наличия ГО в хромосомах 26 штаммов азотфиксирующих симбионтов люцерны Sinorhizobium meliloti (GenBank), в числе которых три штамма, геномы которых были секвенированы (Illumina и Oxford Nanopore) и собраны (Unicycler) в рамках проекта РНФ 17-16-01095. Всего выявлено 88 ГО, из которых 17 встроены в изоакцепторные тРНК-Thr. ГО ре-ференс штамма Rm1021 (Sme19T; 18.6 т. п. н.) также встроен в указанную тРНК (Румянцева и др. 2018). Проанализированы нуклеотидные последовательности 10 ГО, встроенных в тРНК-ThHGGT). Анализ Sme19T у родственных штаммов Rm1021 и Rm2011, которые хранятся в разных мировых коллекциях, показал их полную идентичность, тогда как в составе ГО (15.3 т. п. н.] штамма USDA1 1 06, сходного с указанными штаммами (Epstein et al. 2018) отсутствовал фрагмент длиной 3 т. п. н. Анализ остальных 7-ми ГО показал: i-группа - ГО (13 т. п. н.) штамма KH46 содержал уникальные последовательности; ii-группа - ГО (12.7 и 17.6 т. п. н.) штаммов GR4 и M162 имели протяженные (0.7-3.1 т. п. н.) на 89% гомологичные блоки; iii-группа - ГО штаммов АК58, AK83, RU11/01 и USDA1157, отличались от выше рассмотренных тем, что их протяженность была в 2.5 раза выше (48.0-50 т. п. н.). Кроме того, установлено, что 70% последовательностей ГО этих штаммов попарно были гомологчны на 96%. Проведен анализ ОРС, выявленных в составе ГО. Показано, что в ГО iii-ей группы практически отсутствовали транспозазы IS-элементов, а ОРС, относящихся к процессам хранения, обработки информации и защиты клетки, было в 2.5 раза меньше, чем в Sme19T. Более 17% ОРС в их составе кодировали вирусные белки. В составе ГО ii-ой группы не выявлено ОРС мобильных генетических элементов и фагов, однако более половины ОРС задействовано в процессах репликации и репарации ДНК, в метаболических процессах и в процессах защиты клетки, тогда как остальные кодировали гипотетические белки. В ГО, относящихся i-iii группам, элементы системы CRISPR/Cas не выявлены. Таким образом, впервые проведен анализ последовательностей ГО, встроенных сайт-специфически в ген тРНК-ThHGGT), у штаммов S. meliloti. Показано, что такие ГО могут иметь 100-82.3% гомологии у родственных штаммов, тогда как в случае генетически неродственных штаммов их гомология может достигать 70% как у штаммов одной популяции, так и между географически удаленными штаммами. Следовательно, при сайт-специфической интеграции в определенную тРНК вероятность встройки чужеродных последовательностей, имеющих до 70% гомологии может достигать 86%.