절대 잎 결절 공생자 사이의 수평 유전자 전달의 증거

ISME 저널 10권, 2092~2105페이지(2016)이 기사 인용

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Burkholderia 속의 박테리아는 Rubiaceae 및 Primulaceae 계통의 식물 종과 의무적 공생을 맺습니다. 잎 안에 있는 박테리아는 유전적으로 전염되며 아직 배양되지 않았습니다. 우리는 Rubiaceae 식물과의 8개 박테리아 잎혹 공생체의 게놈을 서열 분석하고 비교했습니다. 모든 게놈은 게놈 침식과 일치하는 특징을 나타냅니다. 살충성 C7N 아미노사이클리톨인 커카미드의 생합성에 잠재적으로 관여하는 유전자는 대부분의 루비과 공생체에서 보존됩니다. 그러나 일부는 게놈 침식으로 인해 커카미드 경로가 부분적으로 손실되어 화합물을 합성할 수 없습니다. 따라서 Kirkamide 합성은 공생의 의무적 성격에 대한 책임이 없습니다. 더 중요한 것은 2차 대사 유전자에 영향을 미치는 계통간 수평 유전자 전달(HGT) 사건의 증거를 발견했다는 것입니다. 이는 잎 결절 공생에서 숙주 제한 이후 초기 단계에서 상당한 유전자 흐름이 발생할 수 있음을 나타냅니다. 우리는 숙주 전환 사건과 플라스미드 접합 전이가 이러한 HGT를 촉진했을 수 있다고 제안합니다. 잎혹 공생체에 대한 이러한 게놈 분석은 처음으로 식물과의 결합 초기 단계에 있는 절대 공생체의 게놈 진화에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

많은 미생물은 식물과 광범위한 유익한 상호작용을 확립할 수 있으며, 종종 식물 영양에 기여합니다(예: 미네랄 획득, 질소 고정 또는 2차 대사산물 합성을 통한 식물 방어)(Sachs and Simms, 2006). 이러한 상호주의적 연관성의 대부분은 선택적이며 널리 연구되었습니다(Philippot et al., 2013).

공생체의 생활사가 종종 숙주와 연결되어 있는 동물 공생과는 달리, 고등 식물에서는 수직 전파를 통한 공생이 극히 드뭅니다(Leigh, 2010). 박테리아 공생체가 수직으로 전파되고 그 존재가 숙주의 발달에 결정적인 경우는 단 한 가지만 알려져 있습니다. 이 독특한 공생은 Burkholderia 속의 박테리아와 Rubiaceae 및 Primulaceae 계통의 일부 종 사이에 확립됩니다.

잎혹 공생은 잎혹 또는 잎혹이라고 불리는 잎 내의 특수 구조의 존재를 특징으로 합니다(Miller, 1990). 이 연관성은 루비과의 3개 속, 즉 Psychotria, Pavetta 및 Sericanthe에서 설명되었습니다(Lemaire et al., 2012). 결절성 종은 열대 및 아열대 아프리카 고유종이며, 결절성 결절이 가장 많은 사이코트리아는 사바나 서식지에서 발견됩니다(Lachenaud, 2013). 20세기 초의 형태학적 및 존재론적 연구에서는 사이코트리아의 잎혹 내에 세포외 박테리아가 존재한다는 사실이 밝혀졌습니다(Zimmermann, 1902; Von Faber, 1912). 이 박테리아는 식물의 모든 생활 단계에서 추가로 검출되었으며, 이는 박테리아 공생체가 종자의 군집화를 통해 유전적으로 전달될 수 있는 폐쇄형 공생 주기를 암시합니다. 열로 처리된 씨앗은 성숙에 도달하지 못하고 몇 달 후에 죽는 무공생 묘목으로 발아하기 때문에 박테리아는 식물의 발달에 필수적입니다(Miller, 1990; Van Oevelen et al., 2001). 반대로, 박테리아는 자율성을 잃어 아직 숙주 외부에서 배양되지 않았습니다. 배양 독립적인 분자 기술만이 공생 박테리아를 Burkholderia 속으로 분류했습니다(Van Oevelen et al., 2002).

Psychotria kirkii의 잎혹 공생체인 C andidatus Burkholderia kirkii의 게놈은 이 공생의 게놈 진화와 분자적 특성에 대한 새로운 통찰력을 제공했습니다(Carlier and Eberl, 2012). Ca의 게놈. B. kirkii는 밀접하게 관련된 다른 독립 생활 식물 관련 Burkholderia의 절반 크기이며 엄청난 양의 유사 유전자 및 이식 가능한 요소를 포함합니다(Carlier 및 Eberl, 2012). 이러한 특성은 물양치류 Azolla filiculoides의 절대 남조류(Ran et al., 2010), 선택적 체체파리 공생체인 Sodalis Glossinidius(Belda et al., 2010) 또는 진딧물과 같은 최근 진화되고 수직으로 전파된 공생체에서 흔히 볼 수 있습니다. Cinara tujafilina 공동 의무 공생체 Serratia Symbiotica(Manzano-Marín 및 Latorre, 2014)는 Ca. B. kirkii는 최근 숙주 제한 생활 방식으로 전환했습니다. 게놈 감소 과정은 박테리아의 숙주 제한 및 세포 분리가 해로운 돌연변이의 축적을 유발하고 유전자 손실을 촉진하며 수평 유전자 전달(HGT)을 방지하는 것으로 생각되는 동물의 세포 내 절대 공생체에서 잘 문서화되어 있습니다(McCutcheon 및 Moran, 2012 ).