Полногеномное секвенирование и сравнительный анализ генов «домашнего хозяйства» и вирулентности у коммерческих штаммов Bacillus thuringiensis с энтомоцидным действием

Автор: Сафронова В.И., Сазанова А.Л., Кузнецова И.Г., Попова Ж.П., Гришечкина С.Д., Ермолова В.П., Андронов Е.Е.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Разнообразие и эволюция микробно-растительных систем

Статья в выпуске: 3 т.50, 2015 года.

Бесплатный доступ

Ведомственная коллекция полезных микроорганизмов сельскохозяйственного назначения (ВКСМ) поддерживает 37 штаммов Bacillus thuringiensis, обладающих выраженной энтомоцидной активностью и используемых для производства препаратов фитозащитного действия (битоксибациллин, бактокулицид, бацикол). Эффективность производимых биопрепаратов зависит от качества микробного материала. Контроль за чистотой и аутентичностью коммерческих штаммов может осуществляться с помощью их молекулярно-гене-тической паспортизации. В настоящее время наиболее эффективной технологией доскональной генетической характеристики штаммов микроорганизмов считается полногеномное секвенирование. Однако, несмотря на несомненную востребованность полногеномного секвенирования для паспортизации коммерческих штаммов, ее широкое применение ограничивается значительной трудозатратностью и себестоимостью. Поэтому для удешевления анализа и сокращения сроков его выполнения необходима разработка экспресс-методов высокопроизводительного секвенирования. Одним из решений может быть анализ не всего генома, а наиболее таксономически и функционально значимых генетических локусов (так называемого референт-комплекса). Целью нашей работы стало выявление референт-комплексов у 10 штаммов B. thuringiensis разных серотипов. После проведения высокопроизводительного пиросеквенирования штаммов и получения полногеномных последовательностей был проведен их сравнительный анализ и найдены наиболее дивергентные генетические локусы, определяющие уникальность штаммов. Использовали программу BioNumerics («Applied Maths», США); для построения дендрограмм, отражающих филогенетическое родство между исследуемыми штаммами, суммы последовательностей отобранных генов «домашнего хозяйства» и отдельно генов вирулентности обрабатывали с помощью программы MEGA v. 5.0 (метод Neighbour-Joining). В результате были отобраны 10 генов «домашнего хозяйства» ( glpT, glpF, pyrE, purF, purH, pta, gyrB, ftsA, panC и isd ), а также 8 генов вирулентности ( hblA, hblC, hblD, nheA, nheC, capA, capC и inA ). Для каждого штамма сконструированы два референт-комплекса, представляющих собой сумму последовательностей отобранных локусов «домашнего хозяйства» и отдельно генов вирулентности. Общий размер референт-комплексов составлял соответственно 11809 и 10094 п.н. Полученные результаты будут использованы в дальнейшей работе для создания системы праймеров с целью проведения мультиплексного анализа референт-комплексов в условиях высокопроизводительного секвенирования и разработки экспресс-метода генетической паспортизации коммерческих штаммов B. thuringiensis.

Еще

Полногеномное секвенирование, гены "домашнего хозяйства" и вирулентности, генетическая паспортизация

Короткий адрес: https://sciup.org/142133594

IDR: 142133594 | DOI: 10.15389/agrobiology.2015.3.332rus

Список литературы Полногеномное секвенирование и сравнительный анализ генов «домашнего хозяйства» и вирулентности у коммерческих штаммов Bacillus thuringiensis с энтомоцидным действием

Paun O., Schönswetter P. Amplified fragment length polymorphism: an invaluable fingerprinting technique for genomic, transcriptomic, and epigenetic studies. Methods Mol. Biol., 2012, 862: 75-87 ( ) DOI: 10.1007/978-1-61779-609-8_7
Leblond P., Decaris B. Сhromosome geometry and intraspecific genetic polymorphism in Gram-positive bacteria revealed by pulsed-field gel Electrophoresis. Electrophoresis, 1998, 19(4): 582-588.
Насонова Е.С. Пульс-электрофорез: теория метода, инструментальный арсенал и области применения. Цитология, 2008, 50(11): 927-935.
Bull-Otterson L., Feng W., Kirpich I., Wang Y., Qin X., Liu Y., Gobejishvili L., Joshi-Barve S., Ayvaz T., Petrosino J., Kong M., Barker D., McClain C., Barve S. Metagenomic analyses of alcohol induced pathogenic alterations in the intestinal microbiome and the effect of Lactobacillus rhamnosus GG treatment. PLoS ONE, 2013, 8(1): e53028 ( ) DOI: 10.1371/journal.pone.0053028
Džunková M., D’Auria G., Pérez-Villarroya D., Moya A. Hybrid sequencing approach applied to human fecal metagenomic clone libraries revealed clones with potential biotechnological applications. PLoS ONE, 2012, 7(10): e47654 ( ) DOI: 10.1371/journal.pone.0047654
White J., Gilbert J., Hill G., Hill E., Huse S.M., Weightman A.J., Mahenthiralingam E. Culture-independent analysis of bacterial fuel contamination provides insight into the level of concordance with the standard industry practice of aerobic cultivation. Appl. Environ. Microbiol., 2011, 77(13): 4527-4538 ( ) DOI: 10.1128/AEM.02317-10
Nacke H., Thürmer A., Wollherr A., Will C., Hodac L., Herold N., Schöning I., Schrumpf M., Daniel R. Pyrosequencing-based assessment of bacterial community structure along different management types in German forest and grassland soils. PLoS ONE, 2011, 6(2): e17000 ( ) DOI: 10.1371/journal.pone.0017000
Petrosino J.F., Highlander S., Luna R.A., Gibbs R.A., Versalovic J. Metagenomic pyrosequencing and microbial identification. Clin. Chem., 2009, 55(5): 856-866 ( ) DOI: 10.1373/clinchem.2008.107565
Сафронова В.И., Оследкин Ю.С., Свиридова О.В., Воробьев Н.И. Методы консервации коллекционных культур микроорганизмов. СПб, 2007.
Safronova V., Tikhonovich I. Automated cryobank of microorganisms: Unique possibilities for long-term authorized depositing of commercial microbial strains. In: Microbes in applied research: current advances and challenges/A. Mendez-Vilas (ed.). World Scientific Publishing Co., 2012: 331-334 () DOI: 10.1142/9789814405041_0066
Helgason E., Tourasse N.J., Meisal R., Caugant D.A., Kolsto A.B. Multilocus sequence typing scheme for bacteria of the Bacillus cereus group. Appl. Environ. Microbiol., 2004, 70: 191-201 ( ) DOI: 10.1128/AEM.70.1.191-201.2004
Barker M., Thakker B., Priest F.G. Multilocus sequence typing reveals that Bacillus cereus strains isolated from clinical infections have distinct phylogenetic origins. FEMS Microbiol. Lett., 2005, 245: 179-184.
Sorokin A., Candelon B., Guilloux K., Galleron N., Wackerow-Kouzova N., Ehrlich S.D., Bourguet D., Sanchis V. Multiple-locus sequence typing analysis of Bacillus cereus and Bacillus thuringiensis reveals separate clustering and a distinct population structure of psychrotrophic strains. Appl. Environ. Microbiol., 2006, 72: 1569-1578 ( ) DOI: 10.1128/AEM.72.2.1569-1578.2006
Soufiane B., Baizet M., Côté J.C. Multilocus sequence analysis of Bacillus thuringiensis serovars navarrensis, bolivia and vazensis and Bacillus weihenstephanensis reveals a common phylogeny. Antonie Van Leeuwenhoek, 2013, 103(1): 195-205 ( ) DOI: 10.1007/s10482-012-9800-5
Ko K.S., Kim J.W., Kim J.M., Kim W., Chung S.I., Kim I.J., Kook Y.H. Population structure of the Bacillus cereus group as determined by sequence analysis of six housekeeping genes and the plcR gene. Infect. Immun., 2004, 72: 5253-5261 ( ) DOI: 10.1128/IAI.72.9.5253-5261.2004
Rahimi E., Abdos F., Momtaz H., Baghbadorani Z.T., Jalali M. Bacillus cereus in infant foods: prevalence study and distribution of enterotoxigenic virulence factors in Isfahan Province, Iran. Scientific World Journal, 2013, 2013: 292571 ( ) DOI: 10.1155/2013/292571
Kim Y.R., Batt C.A. Riboprint and virulence gene patterns for Bacillus cereus and related species. J. Microbiol. Biotechnol., 2008, 18(6): 1146-1155.
Zahner V., Silva A.C., De Moraes G.P., McIntosh D., De Filippis I. Extended genetic analysis of Brazilian isolates of Bacillus cereus and Bacillus thuringiensis Mem. Inst. Oswaldo Cruz (Rio de Janeiro), 2013, 108(1): 65-72.

Еще

Статья научная