Analyse du génome entier et stratégies d'adaptation au froid de Pseudomonas sivasensis W

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14190 (2023) Citer cet article

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Les communautés microbiennes des zones humides jouent un rôle clé dans l’écologie et la stabilité de la Terre. Pour élucider les mécanismes d'adaptation au froid des bactéries dans les zones humides des plateaux, nous avons effectué des analyses génomiques comparatives de Pseudomonas sivasensis et de lignées étroitement apparentées. Le génome de P. sivasensis W-6, une bactérie adaptée au froid isolée de la zone humide du plateau Napahai, a été séquencé et analysé. La longueur du génome était de 6 109 123 pb avec une teneur en G+C de 59,5 %. La prédiction génétique a donné 5 360 séquences codant pour des protéines, 70 ARNt, 24 îlots génétiques et 2 séquences CRISPR. L'isolat contenait des preuves d'événements de transfert horizontal de gènes au cours de son évolution. Deux prophages ont été prédits et ont indiqué que le W-6 était un lysogène. L'adaptation au froid de la souche W-6 a montré des caractéristiques psychrophiles plutôt que psychrotrophes. La bactérie W-6 adaptée au froid peut utiliser le glycogène et le tréhalose comme ressources, associés à des enzymes actives sur les glucides, et survivre dans un environnement à basse température. De plus, les mécanismes adaptés au froid du W-6 comprenaient la fluidité membranaire en modifiant le profil des acides gras insaturés, les systèmes de régulation à deux composants, la transcription antisens, le rôle joué par les gènes rpsU dans le processus de traduction, etc. L'analyse à l'échelle du génome de W-6 a permis de mieux comprendre les stratégies des bactéries adaptées au froid dans les environnements. Nous avons élucidé le mécanisme adaptatif de la souche psychrophile W-6 pour la survie dans un environnement froid, ce qui a servi de base à des études plus approfondies sur la coévolution hôte-phage.

Avec l’amélioration continue de la technologie de séquençage, l’analyse génomique microbienne a progressivement enrichi et élargi le contenu de la base de données. Basée sur les espèces représentatives dans le développement du système entre l'analyse comparative des gènes et des familles de gènes, la génomique comparative pour construire la carte génétique dans le développement du système révèle l'origine et la fonction des gènes et des familles de gènes, ainsi que leurs mécanismes de complication et de diversification dans le développement du système. processus d’évolution.

Les environnements froids sont largement répartis et représentent environ 75 % de la surface terrestre1. Les micro-organismes adaptés au froid peuvent être divisés en deux catégories en fonction de la température de croissance : les micro-organismes psychrophiles et psychrotrophes. Ils utilisent une série de stratégies métaboliques pour se développer dans des environnements à basse température. Il accumule le glycogène et la gluconéogenèse sous forme d'énergie pour aider à améliorer la capacité antigel2,3,4,5, à maintenir la fluidité des membranes cellulaires6, à faire face au stress oxydatif provoqué par les basses températures7 et à l'expression de chaperons moléculaires, les polysaccharides extracellulaires ont également joué un rôle important8. Ces dernières années, en raison du potentiel d’application des micro-organismes à basse température et de leurs produits, des études sur le séquençage génomique microbien provenant d’environnements froids ont été rapportées8,9.

Pseudomonas spp. appartiennent à la bactérie Gram négatif, principalement aérobie ou anaérobie facultative, et largement répandue dans la nature. Jusqu'à présent, seuls 5 génomes de P. sivasensis ont été séquencés sur la base de NCBI GenBank, parmi lesquels la souche BsEB-1 était la plus complètement séquencée. Parmi la taille du génome de tous les génomes de P. sivasensis publiés, la taille était d'environ 6,2 Mbps. La teneur en GC des différents génomes de P. sivasensis variait autour de 60 %.

Le glycogène est une monnaie nutritionnelle et une source d’énergie importante. Comparé à d’autres sucres, le glucose est une source de carbone optimale. Sous différents stress abiotiques, tels que les basses températures, la privation de nutriments, la régulation osmotique et le maintien du pH, la synthèse du glycogène est l'un des systèmes de stockage d'énergie bien développés permettant aux bactéries de s'adapter et de survivre10. Le métabolisme du glycogène est un réseau d’interactions complexe qui implique plusieurs gènes et voies11. Les cinq enzymes les plus importantes sont impliquées dans le métabolisme du glycogène : l'ADP-glucose pyrophosphorylase (GlgC), la glycogène synthase (GlgA), l'enzyme de ramification du glycogène (GlgB), la glycogène phosphorylase (GlgP) et l'enzyme de déramification du glycogène (GlgX)12. Les bactéries développent une stratégie passive d’économie d’énergie, telle que la privation de nutriments avec une lente dégradation du glycogène. Le métabolisme de la maltodextrine est lié au métabolisme du glycogène, et la 4-glucanotransférase (MalQ) gère le recyclage du maltose en maltodextrines13.