Informație

15.6: Filogenia fungică - Biologie

15.6: Filogenia fungică - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Este surprinzător de dificil să se determine ascendența și înrudirea grupurilor de ciuperci. Cu toate acestea, există câteva grupuri majore în care Kingdom Fungi este de obicei împărțit și acestea vor fi discutate în secțiunea următoare.

Imaginea de mai jos este dintr-o publicație cu acces deschis (doi.org/10.1128/mBio.01739-16) și prezintă o posibilă ipoteză pentru relațiile dintre grupurile de ciuperci. Această ipoteză se numește filogenie și se bazează pe genetică, precum și pe caracteristici fiziologice și morfologice. Nicio filogenie nu este acceptată în prezent de toți micologii.

Chitride: include Chytridiomycota și Blastocladiomycota din filogenia de mai sus

Chitride cuprind cele mai vechi linii de ciuperci. Spre deosebire de orice alt grup din acest regat, ei sunt acvatic si are spori de înot (zoospori) cu un singur flagel. Deși mulți din acest grup sunt descompozitori inofensivi, cel mai faimos dintre chitride este Batrachochytrium dendrobatidis, o ciupercă care infectează pielea amfibienilor. Acest chitrid contribuie la un declin la nivel mondial al multor specii de amfibieni (deși există mulți alți factori care contribuie), în special broaștele.

Dacă sunt disponibile, vizualizați specimene de chitride sub microscoapele de disecție și compuse. Ce caracteristici poți găsi?

Zygomycetes: include toate ciupercile neflagelate, divergente timpurii de mai sus, cu excepția Glomeromycotina

Zigomicetele sunt compuse din cel puțin două linii distincte de ciuperci care au toate o structură comună în timpul reproducerii sexuale, zigosporangium. Aceasta este o structură mare, ornamentată, de culoare portocalie până la maro, în care au loc atât fertilizarea, cât și meioza. Zigomicetele nu au septări în hifele lor, ceea ce se numește ființă cenocitară. Aceste ciuperci se găsesc în mod obișnuit pe substraturi bogate în zahăr, cum ar fi fructele putrezite sau pâinea turnată, sau ca paraziți de insecte. Zigomicetele se pot reproduce asexuat prin producere mitosporangii (prezentat mai jos), producând spori haploizi prin mitoză.

Mai sus sunt trei zigosporangii mature produse în timpul reproducerii sexuale Rhizopus stolonifer. În centrul imaginii, două micelii compatibile (+ și -) s-au conectat împreună și formează în prezent gametangia. Ei vor inunda aceste gametangii cu nuclei haploizi, care se vor fuziona în zigosporangium pentru a crea zigoți diploizi. Fiecare dintre acestea va suferi imediat meioză pentru a produce spori haploizi.

Vizualizați specimene de zigomicete disponibile în laborator și înregistrați-vă observațiile mai jos. Ce caracteristici te-ar ajuta să identifici acest grup?

Glomeromycota: listată ca Glomeromycotina în filogenia fungică

Această descendență unică din Regatul Fungi formează relații cu rădăcinile aproape tuturor speciilor de plante terestre și talii din primele linii de plante, care au evoluat înainte de rădăcini. Acest micorizată (mico-însemnând ciupercă, rhiza însemnând rădăcină) relația a existat de 400 de milioane de ani și a fost probabil implicată în mișcarea plantelor pe uscat. Glomeromicete se numesc endomicorizală deoarece hifele fungice intră în interiorul celulelor vegetale. Ciuperca pătrunde în țesutul plantei, de obicei prin rădăcini, și pătrunde în pereții celulelor cortexului din rădăcină. Cu toate acestea, hifele nu trec prin membrana plasmatică. În schimb, ele formează structuri foarte ramificate, asemănătoare copacului numite arbusculi. Acest lucru oferă o suprafață mare pentru ca planta și ciuperca să interacționeze între ele. Cum interacționează ei?

Aceste imagini sunt dintr-o lucrare cu acces deschis (doi: 10.1038/srep29733) care studiază colonizarea fungică a celulelor plantelor. În imaginea din dreapta, țesutul fungic a fost colorat cu un colorant fluorescent. În cele două inferioare (B și C), hifele fungice au fost colorate întuneric și formează arbuscule în pereții celulelor plantei.

Deoarece este heterotrof, ciuperca ia zaharuri din plantă. Hifele fungice se extind dincolo de rădăcinile plantei în sol, unde pot absorbi apa și substanțele nutritive care sunt transferate plantei. Fiecare partener câștigă un beneficiu din această relație, așa că aceasta se numește simbioză mutualistă sau mutualism.

O relație simbiotică se referă la o relație comună între cel puțin două organisme din specii diferite. Această relație poate aduce beneficii ambelor părți, ca mai sus, beneficiază doar uneia, dăunând potențial celuilalt. Cum ai numi acest ultim tip de simbioză?

Vizualizați un vârf de rădăcină micorizală sub microscopul compus, fie ca o lamă pregătită, fie dintr-o probă proaspătă. Dacă provine dintr-o probă proaspătă, utilizați 5% KOH + Phloxine B sau Cotton Blue pentru a colora țesutul fungic. Desenați ceea ce vedeți mai jos și etichetați orice caracteristică distinctivă atât a plantei, cât și a ciupercii.

Dikarya: Ascomycota și Basidiomycota

Aceste două grupuri de ciuperci sunt denumite dikarya, deoarece o parte a ciclului lor de viață este dicariote. Când două tipuri de împerechere compatibile se întâlnesc, ele fuzionează împreună și încep procesul de fertilizare cu plasmogamie (fuziunea citoplasmei). Cu toate acestea, nucleele nu fuzionează. În schimb, se formează un nou miceliu cu doi nuclei haploizi diferiți în fiecare celulă, făcând ploidia n + n (spre deosebire de diploid, 2n). Această stare se numește dicariotă. Cariogamia (fuziunea nucleelor) nu are loc până când ciuperca este pe cale să facă spori. Cei doi nuclei fuzionează și zigotul suferă imediat meioză, formând spori haploizi.

Ce tip de ciclu de viață ați clasifica acest lucru și de ce?

Deși există specii microscopice și stadii de viață în fiecare grup (inclusiv drojdia pe care ați văzut-o mai devreme), membrii Ascomycota și Basidiomycota formează ambele corpuri fructifere macroscopice. Din acest motiv, ele vor fi tratate mai detaliat în Lab Macrofungi and Lichens.


Candida auris: Epidemiologie, biologie, rezistență antifungică și virulență

Descris pentru prima dată în 2009 în Japonia, patogenul fungic în curs de dezvoltare, Candida auris, rezistent la multidrog, devine o amenințare la nivel mondial pentru sănătatea publică, care a atras atenția considerabilă datorită apariției sale rapide și pe scară largă în ultimul deceniu. Motivele din spatele apariției recente a acestei ciuperci rămân un mister până în prezent. Analizele genetice indică faptul că acest agent patogen fungic a apărut simultan pe mai multe continente diferite, unde 5 clades distincte genetic de C. auris au fost izolate din locații geografice distincte. Deși C. auris aparține cladei CTG (speciile sale constitutive traduc codonul CTG ca serină în loc de leucină, ca în codul standard), C. auris este o specie fungică haploidă care este mai strâns înrudită cu haploidul și adesea multidrog. specii rezistente Candida haemulonii și Candida lusitaniae și este înrudit la distanță cu agenții patogeni fungici diploizi și obișnuiți clinic Candida albicans și Candida tropicalis. Infecțiile și focarele cauzate de C. auris în spitale au crescut în ultimii ani. Dificultatea de identificare a acestuia, proprietățile de rezistență la mai multe medicamente, evoluția factorilor de virulență, ratele mari de mortalitate asociate la pacienți și supraviețuirea pe termen lung pe suprafețele din mediu fac C. auris deosebit de problematic în mediile clinice. Aici, trecem în revistă progresul înregistrat în ultimul deceniu cu privire la aspectele biologice și clinice ale C. auris. Eforturile viitoare ar trebui îndreptate spre înțelegerea detaliilor mecanice ale biologiei, epidemiologiei, rezistenței antifungice și patogenezei sale, cu scopul de a dezvolta instrumente și metode noi pentru prevenirea, diagnosticarea și tratamentul infecțiilor cu C. auris.

Declarație de conflict de interese

Clarissa J. Nobile este un cofondator al BioSynesis, Inc., o companie care dezvoltă inhibitori și diagnosticare a biofilmelor.

Cifre

Fig 1. O revizuire a literaturii publicate...

Fig 1. O revizuire a literaturii publicate despre C . auris între ianuarie 2009 și...

Fig 2. Țări cu cazuri raportate de...

Fig 2. Țări cu cazuri raportate de C . auris infecție sau colonizare din ianuarie...


Fundal

Acest articol a fost publicat ca o corecție pentru [1]. După discuții cu producătorii de date și editorii revistelor, am eliminat 9 genoame nepublicate din analiza noastră (Botryobasidium botryosum, Gymnopus luxurians, Hypholoma sublateritium, Jaapia argilacea, Hebeloma cylindrosporum, Conidiobolus coronatus, Laccaria amethystina, Paxillus involutus, și P. rubicundulus). Principalele concluzii ale muncii noastre rămân neschimbate. Ne cerem scuze pentru inconveniențe, ne cerem iertare pentru orice inconveniență.

Enzimele carbohidrați-active (CAZymes) sunt responsabile pentru descompunerea, biosinteza sau modificarea glicoconjugatelor, oligo- și polizaharidelor. Cel mai important, CAZymes produse de paraziți joacă un rol central în sinteza și defalcarea peretelui celular al plantei, precum și în interacțiunile gazdă-patogen [2]. În prezent, CAZymes au fost grupate în patru clase funcționale: glicozide hidrolaze (GHs), glicoziltransferaze (GTs), polizaharide liazele (PLs) și carbohidrați esterazele (CE) pe baza modulelor lor catalitice sau a domeniilor funcționale legate structural [2] . Printre acestea, CAZymes din clasele CE, GH și PL sunt adesea cunoscute ca enzime de degradare a peretelui celular (CWDE) datorită rolurilor lor importante în descompunerea biomasei vegetale de către ciuperci și bacterii [3]. În plus față de modulele catalitice, aproximativ 7% din CAZymes conțin și modulele de legare a carbohidraților (CBM), care sunt cele mai comune module necatalitice asociate cu enzimele active în hidroliza peretelui celular [2].

Ciupercile pot produce tot felul de CAZymes [2, 4]. Printre acestea, enzimele de degradare a peretelui celular al plantelor au primit atenții speciale datorită importanței lor în agenții patogeni fungici pentru penetrarea și infectarea cu succes a gazdelor lor. Carbohidrații eliberați din peretele celular al plantei pot furniza, de asemenea, hrană pentru creșterea fungilor. De fapt, unele ciuperci saprofite obțin nutriție pentru creștere și reproducere, în principal prin degradarea materialelor peretelui celular al plantelor cu o varietate de CWDE. O serie de studii au arătat că activitățile enzimelor hidrolitice din diferite ciuperci au arătat preferințe pentru diferite tipuri de biomasă vegetală și adaptarea la stilul lor de viață [5, 6]. Atunci când sunt cultivate pe diferite substraturi, s-a demonstrat că diferite enzime de degradare a biomasei vegetale sunt produse de diferite ciuperci, inclusiv modelul de ciupercă filamentoasă. Neurospora crassa[7–13]. Ciupercile bazidiomicete cu putregai alb cum ar fi Phanerochaete chrysosporium se găsesc a fi principalii producători de ligninaze pentru degradarea substanțială a ligninei în lemn [14, 15]. Pentru agenții patogeni fungici, degradarea localizată a peretelui celular este necesară pentru accesarea citoplasmei plantelor și răspândirea în țesuturile gazdă. În mai multe ciuperci patogene ale plantelor, CWDE, cum ar fi pectinazele și xilanazele, s-a demonstrat că sunt legate de patogenitate sau virulență [16-18].

Până în prezent, peste o sută de genomi fungici au fost secvențiați și sunt disponibile publicului, inclusiv ciuperci reprezentative din Ascomycota, Basidiomycota, Zygomycota, și Chytridiomycota. Majoritatea ciupercilor, cu excepția Saccharomycetes și Schizosaccharomycetes, au un număr mare de gene CWDE care sunt probabil implicate în infecția plantelor sau supraviețuirea în medii. Unele gene care codifică enzimele de degradare a polizaharidelor și-au extins membrii familiei în anumite ciuperci, iar redundanța genelor s-a dovedit că protejează funcțiile critice [19]. Cu toate acestea, nu a fost raportată o analiză comparativă completă și sistematică a CAZymes în întregul regn fungic. În plus, nu este încă clar dacă distribuția CAZymes în ciuperci este legată de componentele peretelui celular al plantei, deși se știe că pereții celulari vegetali ai dicotiledonelor și monocotiledonelor sunt alcătuiți din diferite componente, în special pe pectine și hemiceluloze [6, 20, 21] ].

În acest studiu, am identificat și comparat repertoriile complete de CAZymes de la ciuperci reprezentative și am efectuat o comparație cuprinzătoare asupra distribuției și abundenței familiilor CAZyme pentru a obține indicii despre potențialul lor digestiv, în special împotriva polizaharidelor din peretele celular al plantelor. Au fost analizate diferențele de număr și varietate de CAZymes între ciupercile saprofite, parazitare facultative, hemi-biotrofe, biotrofe și simbiotice. Relația dintre numărul și varietatea de CAZymes și strategia nutrițională fungică și specificitatea gazdei a fost de asemenea examinată.


Rezultate

Set de date

Am asamblat secvențe de codificare a proteinei plastidelor de la 360 de specii (fișier suplimentar 1) pentru care secvențe complete sau aproape complete ale genomului plastidului erau disponibile pe GenBank. Din cele 360 ​​de specii, existau 258 de angiosperme (angiosperme), 53 de gimnosperme (Acrogimnosperme, inclusiv trei Gnetophyta), șapte monilofite (Monilophyta), patru licofite (Lycopodiophyta), trei hepatice (Marchantiophyta), un cornwort (Anthocerotophyta), doi mușchi (Bryophyta), șase taxoni din algele streptofitice parafiletice și 26 de alge clorofitice (Chlorophyta). Matricele de caractere filogenetice conțineau secvențe din 78 de gene și următorul număr de poziții de aliniere: 58.347 bp pentru matricea care conține toate pozițiile nucleotidelor (ntAll) și versiunea codificată RY (RY) a matricei ntAll 38.898 bp în matricea care conține numai pozițiile primul și al doilea codon (ntNo3rd) și 19.449 de aminoacizi (AA). Numărul de gene prezente pe taxon a variat de la 18 la 78 (media = 70), în timp ce numărul de taxoni prezenți per genă a variat de la 228 la 356 (media = 322 vezi fișierul suplimentar 2). Taxoni cu puține gene prezente, cum ar fi Helicosporidium (18 gene) și Rhizanthella (19 gene), reprezintă genomi de plastide complet modificate ale speciilor nefotosintetice [70, 71]. Procentul de date lipsă (lacune și caractere ambigue) a fost

15,6% pentru fiecare dintre cele patru seturi de date. Modelul datelor din fiecare dintre cele patru matrice este decisiv, ceea ce înseamnă că poate defini unic un singur arbore pentru toți taxonii [72]. Datele conțin 100% din toate tripleții posibili de taxoni și sunt decisive pentru 100% din toți arborii posibili. Toate aliniamentele au fost depuse în Dryad Data Repository [73].

Părtinire GC

Conținutul de GC a variat considerabil atât între linii, cât și în cadrul genomului unic, iar testele chi-pătrat au respins ipoteza nulă a frecvențelor de bază omogene (Tabelul 1). Conținutul mediu de GC în matricea ntAll a fost de 38,9% și a variat de la 54,3% în Selaginella uncinata la 27,5% în Helicosporidium sp. (Figura 1, Fișier suplimentar 3). De asemenea, conținutul mediu de GC a variat între pozițiile prima, a doua și a treia a codonului, cu cea mai mare variație între descendențe la a treia poziție a codonului (Figura 1, fișierul suplimentar 3). Deși a existat o eterogenitate extinsă în conținutul de GC la toate speciile, a existat o variație relativ mică între taxonii plantelor de semințe (Figura 2). De asemenea, a existat o corelație semnificativă între compoziția de nucleotide și compoziția de aminoacizi. Genomii plastidelor care sunt bogate în GC au avut un procent semnificativ mai mare (Figura 3 p < 0,001) de aminoacizi care sunt codificați de codoni bogați în GC (adică, G, A, R și P). În mod similar, genomii plastidelor bogate în GC au avut un procent semnificativ mai mic (Figura 4 p < 0,001) de aminoacizi care sunt codificați de codoni bogați în AT (adică, F, Y, M, I, N și K).

Diagrame cu casete ale conținutului procentual de GC în seturile de date ntAll și ntNo3rd, precum și în prima, a doua și a treia poziție de codon din setul de date ntAll.

Box plots cu procentul de conținut de GC în plantele cu semințe ( Spermatophyta din stânga) și setul de date ca întreg ( Viridiplantae din dreapta) în seturile de date ntAll și ntNo3rd, precum și în prima, a doua și a treia poziție a codonului din setul de date ntAll. Pentru fiecare pereche de box plots, valorile pentru plantele cu semințe (Spermatophyta) sunt în stânga, iar valorile pentru toți taxonii de plante verzi (Viridiplantae) sunt în dreapta.

Corelația dintre conținutul procentual de nucleotide GC din matricea ntAll și procentul de aminoacizi din matricea AA care sunt codificați de codoni bogați în GC (G, A, R și P).

Corelația dintre conținutul procentual de nucleotide GC din matricea ntAll și procentul de aminoacizi din matricea AA care sunt codificați de codoni bogați în AT (F, Y, M, I, N și K).

Analize filogenetice

În analizele filogenetice ale tuturor seturilor de date și schemelor de partiționare, strategia de partiționare cu cele mai multe partiții se potrivește în mod constant cu datele pe baza AICc (Tabelul 2). Aceste modele cele mai potrivite au împărțit matricea AA după genă (78 partiții) și matricele nucleotide (ntAll, ntNo3rd) și RY după poziția codonului și gena (234 partiții). Toate analizele de bootstopping a posteriori au indicat că convergența valorilor suportului a fost atinsă după 100 de replici și, prin urmare, alegerea noastră de 200 de replici a fost mai mult decât suficientă pentru a obține valori bootstrap fiabile.

Ne vom concentra pe raportarea relațiilor dintre cladele majore ale Viridiplantae prezentate în arborele rezumat al consensului bootstrap cu 50% probabilitate maximă (ML) pentru fiecare set de date: ntAll (Figura 5), ​​ntNo3rd (Figura 6), RY (Figura 7) și AA (Figura 8). Acești arbori rezumați prăbușesc unele clade pentru a ușura vizualizarea relațiilor majore din interior Viridiplantae. Un rezumat al rezultatelor importante și al conflictelor dintre aceste patru seturi de date este prezentat în Tabelul 3. Oferim arbori de consens complet pentru regulile majorității pentru ntAll (Figurile 9, 10, 11, 12, 13 și 14), ntNo3rd (fișier suplimentar). 4), seturi de date RY (fișier suplimentar 5) și AA (fișier suplimentar 6). Arborii ML cu lungimi ale ramurilor și valori BS sunt, de asemenea, furnizați: ntAll (fișierul suplimentar 7), ntNo3rd (fișierul suplimentar 8), RY (fișierul suplimentar 9) și AA (fișierul suplimentar 10). Valorile medii de suport între toate nodurile interne din arborii ML au fost ușor mai mari în filogenia ntAll (

Suport bootstrap de 94% [BS] Fișier suplimentar 7) în comparație cu celelalte seturi de date (

90-91% BS Fișiere suplimentare 8, 9 și 10). Filogenia ntAll a avut, de asemenea, cele mai multe clade rezolvate cu ≥ 70% BS (92% 327 bipartiții rezolvate din 357 posibile), în timp ce seturile de date ntNo3rd, RY și AA au avut 87%, 87% și 86% din posibilele bipartiții rezolvate la ≥ 70% BS, respectiv. Toți arborii rezultați au fost depozitați în Dryad Data Repository [73].

Cincizeci la sută probabilitate maximă majoritate-regula bootstrap consens arbore rezumat de Viridiplantae deduse din analiza tuturor pozițiilor nucleotidelor (ntAll). Set de date derivat din 78 de gene care codifică proteine ​​ale genomului plastidei (ntax = 360 58.347 bp date lipsă

15,6%). Sunt indicate valorile suportului bootstrap ≥ 50%. Terminalele cu triunghi reprezintă clade prăbușite cu > 2 taxoni. Notați poziția lui Lycopodiophyta ca soră cu Spermatophyta este probabil cauzată de părtinirea compoziției de bază (vezi textul). Consultați figurile 9, 10, 11, 12, 13 și 14 pentru arborele complet și fișierul suplimentar 1 pentru taxonomie. Lami. = Lamiidae Campanuli. = Campanulidae Lyco. = Lycopodiophyta.

Cincizeci la sută probabilitate maximă majoritate-regula bootstrap consens arbore rezumat de Viridiplantae deduse din analiza primei și a doua poziții a codonului (ntNo3rd). Set de date derivat din 78 de gene care codifică proteine ​​ale genomului plastidei (ntax = 360 38.898 bp date lipsă

15,6%). Sunt indicate valorile suportului bootstrap ≥ 50%. Terminalele cu triunghi reprezintă clade prăbușite cu > 2 taxoni. Consultați Fișierul suplimentar 4 pentru arborele complet și Fișierul suplimentar 1 pentru taxonomie. Lami. = Lamiidae Campanuli. = Campanulidae.

Cincizeci la sută probabilitate maximă majoritate-regula bootstrap consens arbore rezumat de Viridiplantae deduse din analiza codificată RY (RY). Set de date derivat din 78 de gene care codifică proteine ​​ale genomului plastidei (ntax = 360 58.347 bp date lipsă

15,6%). Sunt indicate valorile suportului bootstrap ≥ 50%. Terminalele cu triunghi reprezintă clade prăbușite cu > 2 taxoni. Consultați Fișierul suplimentar 5 pentru arborele complet și Fișierul suplimentar 1 pentru taxonomie. Lami. = Lamiidae Campanuli. = Campanulidae.

Cincizeci la sută probabilitate maximă majoritate-regula bootstrap consens arbore rezumat de Viridiplantae deduse din analiza aminoacizilor (AA). Set de date derivat din 78 de gene care codifică proteine ​​ale genomului plastidei (ntax = 360 19.449 AAs lipsesc date

15,6%). Sunt indicate valorile suportului bootstrap ≥ 50%. Terminalele cu triunghi reprezintă clade prăbușite cu > 2 taxoni. Consultați Fișierul suplimentar 6 pentru arborele complet și Fișierul suplimentar 1 pentru taxonomie. Lami. = Lamiidae Campanuli. = Campanulidae.

Cincizeci la sută probabilitate maximă majoritate-regula bootstrap arbore de consens de Viridiplantae deduse din analiza tuturor pozițiilor nucleotidelor (ntAll). Porțiune din copac care arată Chlorophyta, Chlorokybophyceae, Mesostigmatophyceae, Charophyceae, Coleochaetophyceae, Zygnematophyceae, Marchantiophyta, Bryophyta, și Anthocerotophyta. Set de date derivat din 78 de gene care codifică proteine ​​ale genomului plastidei (ntax = 360 58.347 bp date lipsă

15,6%). Sunt indicate valorile suportului bootstrap ≥ 50%. Consultați și Figura 5 pentru un arbore rezumat al majorului Viridiplantae clades și Fișier suplimentar 1 pentru taxonomie. Arborele a continuat în Figura 10.

Cincizeci la sută probabilitate maximă majoritate-regula bootstrap arbore de consens de Viridiplantae deduse din analiza tuturor pozițiilor nucleotidelor (ntAll). Porțiune din copac care arată Monilophyta, Lycopodiophyta , și Acrogimnosperme. Set de date derivat din 78 de gene care codifică proteine ​​ale genomului plastidei (ntax = 360 58.347 bp date lipsă

15,6%). Sunt indicate valorile suportului bootstrap ≥ 50%. Consultați și Figura 5 pentru un arbore rezumat al majorului Viridiplantae clades și fișierul suplimentar 1 pentru taxonomie. Notați poziția lui Lycopodiophyta ca soră cu Spermatophyta este probabil cauzată de părtinirea compoziției de bază (vezi textul). Arborele a continuat în figurile 9 și 11.

Cincizeci la sută probabilitate maximă majoritate-regula bootstrap arbore de consens de Viridiplantae deduse din analiza tuturor pozițiilor nucleotidelor (ntAll). Porțiune din copac care arată Amborellales, Nymphaeales, Austrobaileyales, clorantali, și Magnoliidae. Set de date derivat din 78 de gene care codifică proteine ​​ale genomului plastidei (ntax = 360 58.347 bp date lipsă

15,6%). Sunt indicate valorile suportului bootstrap ≥ 50%. Consultați și Figura 5 pentru un arbore rezumat al majorului Viridiplantae clades și Fișier suplimentar 1 pentru taxonomie. Arborele a continuat în figurile 10 și 12.

Cincizeci la sută probabilitate maximă majoritate-regula bootstrap arbore de consens de Viridiplantae deduse din analiza tuturor pozițiilor nucleotidelor (ntAll). Porțiune din copac care arată Monocotiledonee. Set de date derivat din 78 de gene care codifică proteine ​​ale genomului plastidului (ntax = 360 58.347 bp date lipsă

15,6%). Sunt indicate valorile suportului bootstrap ≥ 50%. Consultați și Figura 5 pentru un arbore rezumat al majorului Viridiplantae clades și Fișier suplimentar 1 pentru taxonomie. Arborele a continuat în figurile 11 și 13.

Cincizeci la sută probabilitate maximă majoritate-regula bootstrap arbore de consens de Viridiplantae deduse din analiza tuturor pozițiilor nucleotidelor (ntAll). Porțiune din copac care arată Ceratophyllales, Ranunculale, Sabiaceae, Proteale, Trohodendrale, Buxales, Gunnerales, și Superasteridae. Set de date derivat din 78 de gene care codifică proteine ​​ale genomului plastidei (ntax = 360 58.347 bp date lipsă

15,6%). Sunt indicate valorile suportului bootstrap ≥ 50%. Consultați și Figura 5 pentru un arbore rezumat al majorului Viridiplantae clades și Fișier suplimentar 1 pentru taxonomie. Arborele a continuat în figurile 12 și 14.

Cincizeci la sută probabilitate maximă majoritate-regula bootstrap arbore de consens de Viridiplantae deduse din analiza tuturor pozițiilor nucleotidelor (ntAll). Porțiune din copac care arată Dilleniaceae și Superrosidae. Set de date derivat din 78 de gene care codifică proteine ​​ale genomului plastidei (ntax = 360 58.347 bp date lipsă

15,6%). Sunt indicate valorile suportului bootstrap ≥ 50%. Consultați și Figura 5 pentru un arbore rezumat al majorului Viridiplantae clades și fișierul suplimentar 1 pentru taxonomie. Arborele a continuat în Figura 13.

Monofilia de Chlorophyta primește 100% BS în toate analizele. Prazinophyceae în mod constant nu sunt monofiletice. În schimb, prazinofitul Nephroselmis este sora tuturor celorlalte Chlorophyta (Figura 9 Fișiere suplimentare 4, 5 și 6), în timp ce rămân Prazinophyceae formează o cladă care este susținută în mod diferit (ntAll 97% BS, ntNo3rd 78% BS, RY 93% BS și AA 68% BS) și este sora unei clade a restului Chlorophyta. Chlorophyceae sunt monofiletice (100% BS în toate analizele), dar Trebouxiophyceae și Ulvophyceae nu sunt monofiletice, iar relația de Chlorophyceae la aceste filiaţii este nerezolvată.

Am recuperat în mod constant un singur set de relații între algele streptofitice care subtind cladele plantelor terestre. Zygnematophyceae sunt sora plantelor de pământ, Coleochetophyceae sunt sora cu Zygnematophyceae + Embryophyta, Charophyceae sunt sora cu Coleochetophyceae + (Zygnematophyceae + Embryophyta), și o cladă de Mesostigmatophyceae + Chlorokybophyceae este sora tuturor celorlalte Streptophyta. Fiecare dintre aceste relații are ≥86% suport BS (Figurile 5, 6, 7 și 8).

Ordinea de ramificare a liniilor de plante terestre nevasculare diferă între analize. În analizele setului de date ntAll și RY, Marchantiophyta (hepatice), urmat de Bryophyta (mușchi), și apoi Anthocerotophyta (hornworts) sunt liniile de plante terestre cu cele mai timpurii ramificații, cu Anthocerotophyta sora imediată a plantelor vasculare (Traheophyta Figurile 5 și 7). În analizele ntAll și RY, aceste relații au avut ≥89% suport BS, cu excepția Bryophyta + (Anthocerophyta + Traheophyta) în analiza ntAll, care a primit doar 69% BS (Figura 5). În schimb, în ​​analizele ntNo3rd și AA, Bryophyta și Marchantiophyta a format o cladă (78% BS [Figura 6] și, respectiv, 99% BS [Figura 8]), urmată de Anthocerophyta ca soră cu Traheophyta (94% [Figura 6] și, respectiv, 53% BS [Figura 8]).

În Traheophyta, seturile de date ntNo3rd, RY și AA au loc Lycopodiophyta sora unei Euphyllophyta clade (Monilophyta + Spermatophyta ≥89% BS, figurile 6, 7 și 8). Cu toate acestea, analiza setului de date ntAll plasează Monilophyta sora unei clade de Lycopodiophyta + Spermatophyta (75% BS, figurile 5, 6, 7, 8, 9 și 10).

Analizele noastre despre Monilophyta dezvăluie în general un sprijin puternic pentru o cladă de Equisetales + Psilotales ca soră cu Marattiales + ferigi leptosporangiate (reprezentate de Cyatheales și Polypodiales). Cel mai mic suport obtinut a fost pentru Equisetales + Psilotales în analiza ntNo3rd (84% BS Figura 6) și ntAll (89% BS Figura 5), ​​toate celelalte noduri din toate analizele au primit > 90% BS, cu Marattiales + ferigi leptosporangiate care primesc ≥ 99% BS.

În Spermatophyta, toate analizele plasează gimnospermele existente (Acrogimnosperme) soră să angiosperme cu 100% BS. În cadrul gimnospermelor existente, Cycadales și Ginkgoales formează o cladă (≥ 98% BS în ntAll, ntNo3rd și AA 51% BS în RY) care este sora unei clade în care Gnetophyta (100% BS în toate analizele) sunt imbricate în coniferele parafiletice. În general, există un suport ridicat (100% BS în ntAll [Figura 5], ntNo3rd [Figura 6] și AA [Figura 7] 87% BS [Figura 8] în RY) Gnetophyta ca sora unei clade de Araucariales + Cupressales. Această cladă „Gnecup” [sensu 16, 30, 41] este apoi sora cu Pinales, care are 100% BS în toate analizele.

În toate analizele, angiosperme primiți 100% BS și Amborella (Amborellales) este sora tuturor celorlalte angiosperme, urmată de Nymphaeales, și apoi Austrobaileyales. Aceste relații sunt susținute în mare parte de 100% BS. In orice caz, Nymphaeales + (Austrobaileyales + Mezangiosperme) primește 81% BS (Figura 6) în analizele ntNo3rd și 70% BS (Figura 8) în analizele AA. Restul de angiosperme (Mezangiosperme) primesc 100% BS în toate analizele. În Mezangiosperme, relaţiile dintre Monocotiledonee, Magnoliidae, Eudicotyledoneae, și Ceratophyllum (Ceratophyllales) nu sunt bine susținute și variază în funcție de analiză. Cel mai puternic suport pentru plasarea Ceratophyllales este 75% BS ca soră cu Eudicotyledoneae în analiza RY (Figura 7).

Clorantali primește 61-69% BS ca soră cu cel bine susținut (100% BS în ntAll, RY 83% BS în ntNo3rd) Magnoliidae. In orice caz, Magnoliidae nu sunt monofiletice în analizele AA, unde Piperales sunt sora cu Ceratophyllales (67% BS Figura 8).

În cadrul cladei monocotiledonee (Monocotiledonee), Acorales, urmată de Alismatales, au 100% BS în toate analizele ca surori ulterioare ale monocotilelor rămase. În trei dintre analizele noastre (ntAll, ntNo3rd și AA), o cladă susținută diferit (72%, 69% și, respectiv, 80% BS) de Liliales + (Pandanales + Dioscoreales) este sora unei clade (>95% BS în aceste trei analize) a monocotiledonelor rămase (Asparagales + Commelinidae). Cu toate acestea, în analiza codificată RY, Pandanales + Dioscoreales (100% BS) este sora unei clade de Liliales + (Asparagales + Commelinidae), care primește 69% BS (Figura 7). Aici Asparagales + Commelinidae este susținut de 80% BS.

În cadrul eudicotilenei (Eudicotyledoneae), care primesc 100% BS în toate analizele, Ranunculales sunt surori cu taxonii rămași. În analizele ntAll, ntNo3rd, RY și AA, clada acestor taxoni rămași primește 100%, 85%, 100% și, respectiv, 62% BS. Relațiile variază între Sabiaceae, Proteale, și o cladă a taxonilor rămași, în funcție de analiză. În analizele ntAll și ntNo3rd, Proteale + Sabiaceae sunt susținute ca o cladă, deși cu doar 63% și, respectiv, 60% BS. Cu toate acestea, în analiza RY, Proteale sunt sora unei clade care contine Sabiaceae plus taxonii rămași, care au 79% BS. În analiza AA, relațiile dintre aceste trei clade sunt nerezolvate.

Printre eudicotile rămase, ne-am recuperat constant Trohodendrale ca soră cu Buxales + Pentapetalae și Gunnerales ca soră cu filiațiile rămase ale Pentapetalae: Dilleniaceae, Superrosidae, și Superasteridae. Amplasarea Dilleniaceae rămâne nesigur. Familia este sora cu Superrosidae în analizele ntAll (95% BS), ntNo3rd (77% BS) și RY (57% BS), dar apare ca sora cu Superasteridae (70% BS) în analiza AA.

În Superrosidae, o cladă a Vitales + Saxifragales este acceptat în analizele ntAll (75% BS), ntNo3rd (70% BS) și AA (78% BS). În analiza RY, relația dintre Saxifragales, Vitales, și rămânând Rosidae (Fabidae + Malvidae) este nerezolvată. Fabidae și Malvidae sunt ambele recuperate cu ≥ 99% BS în analizele ntAll și RY. Cu toate acestea, fiecare clădă primește doar 70% BS în analiza ntNo3rd. În analiza AA, niciuna dintre clade nu este monofiletică Zygophyllales sunt încorporate (68% BS) într-o cladă de Malvidae taxoni. Clada COM (Celastrales, Oxalidales, Malpighiales) este sora unei clade de Fagales, Cucurbitale, Rosales, și Fabales în Fabidae în arborii AA (69% BS Figura 8), RY (82% BS Figura 7) și ntAll (81% BS Figura 5) și formează o tricotomie cu Zygophyllales iar clada de Fagales, Cucurbitale, Rosales, și Fabales în arborele ntNo3rd (70% BS Figura 6). Zygophyllales sunt sora cu Geraniales (69% BS Figura 8) în arborele AA și sora tuturor celorlalți Fabidae în arborii ntAll și RY (cu 100% [Figura 5] și, respectiv, 99% BS [Figura 7]).

Superasteridae (Santalales, Berberidopsidales, Caryophyllales, și Asteridae) sunt recuperate în toate analizele. Această clădă primește 100% BS în analizele ntAll și RY, 95% BS în analiza ntNo3rd și 66% BS în analiza AA. Santalales și Berberidopsidales sunt puternic sprijinite ca surori ulterioare Caryophyllales + Asteridae. În Asteridae, Cornales, urmată de Ericales, sunt surori ulterioare unei clade puternic susținute care cuprinde Campanulidae și Lamiidae cladele. În Lamiidae, plasarea de Boraginaceae este slab printre diferitele analize. Boraginaceae sunt sora cu Gențianale (59% BS Figura 8) în arborele AA, parte a unei tricotomii (100% BS Figura 5) cu Lamiales și Solanales + Gențianale în arborele ntAll și sora unei clade slab susținute inclusiv Gențianale, Lamiales, și Solanales în arborii ntNo3rd (Figura 6) și RY (Figura 7).

Analiza doar a celor trei poziții de codon (nt3rdOnly, fișier suplimentar 11) a dus la câteva conflicte foarte puternice de-a lungul coloanei vertebrale a Viridiplantae în comparație cu topologia din analizele ntNo3rd. Aceste conflicte includ relațiile coloana vertebrală din interior Chlorophyta, plasamentele de Cycadales și Lycopodiophyta, the relationships of the three major bryophyte lineages, and backbone relationships within Poales. Removal of four taxa (Epifagus, Helicosporidium, Neottia, și Rhizanthella) with elevated rates of molecular evolution and few genes present in the data sets did not significantly affect the resulting topologies.


Concluzie

We investigated the frequency of recent interkingdom gene transfer between CTG and bacterial species. We located two strongly supported incidences of HGT, both within the C. parapsiloza genomului. We also located independent transfers into the Pezizomycotina, Basidiomycotina and Protozoan lineages.

We cannot determine the exact origin of the PR homolog (CPAG_02038) found in the C. parapsiloza genomului. However, based on its phylogenetic position it either originated from a Burkholderia source, or more likely an organism not yet represented in the sequence databases. Our PR phylogenetic analysis also suggests there were two independent transfers into Pezizomycotina species, one from an Actinobacterial source, and the second is from an unknown proteobacterial source. Există, de asemenea, dovezi că T. cruzi has obtained its PR homolog from a Firmicutes species. The transferred PR genes analyzed here belong to a superfamily of proline racemases, although we cannot determine their exact function in the fungal species examined. Their proximity to an amino acid transporter (in C. parapsiloza) and a FAD dependent oxidoreductase (in A. niger și G. zeae) suggests they do have a role in amino acid metabolism. Furthermore, evidence of multiple independent transfers into fungi suggests the protein does confer a biological advantage, although we cannot determine what is. The bacteria-derived PR gene has the potential to be a novel antifungal drug target as there would be no undesired host protein-drug interactions.

The bacterial PhzF homolog (CPAG_03462) found in C. parapsiloza most likely originated from a proteobacterial source. Most CTG species examined contained PhzF homologs, with the exception of L. elongisporus. The crystal structure the PhzF homolog in S. cerevisiae has been determined and while its function remains unknown, it is not thought to be involved in phenazine production [62]. We postulate that the PhzF homolog present in other CTG species was initially lost by the ancestor of C. parapsiloza și L. elongisporus, but subsequently regained by C. parapsiloza through HGT. The loss of eukaryote genes and subsequent reacquisition of a prokaryotic copy has previously been described in yeast, and can confer specific metabolic capabilities. An analysis of the biotin biosynthesis pathway discovered that the ancestor of Candida, Debaryomyces, Kluyveromyces și Saccharomyces lost the majority of the pathway after the divergence from the ancestor of Y. lipolitica. In orice caz, Saccharomyces species have rebuilt the biotin pathway through gene duplication/neofunctionalization after horizontal gene transfer from α and γ proteobacterial sources [20]. The acquisition of the URA1 gene (encoding dihydroorotate dehydrogenase) from Lactobacillus and replacement of the endogenous gene in S. cerevisiae, allowed growth under anaerobic conditions [19]. Similarly, acquisition of BDS1 (alkyl-aryl-sulfatase) from proteobacteria may have enabled the survival of S. cerevisiae in a harsh soil environment [19]. Our PhzF phylogeny suggests that the PhzF homolog found in most CTG species originated from an ancient HGT event, from a member of the proteobacteria. Our analysis also shows that S. pombe has obtained a PhzF homolog from a CTG species, most likely one closely related to D. hansenii. There is also phylogenetic evidence showing that an ancestral Ustilaginomycotina species gained a PhzF gene from an unknown bacterial source. We cannot however, determine the biological advantage to the organisms.

Although it was not the major goal of this study, we did locate HGT from bacteria into fungal genomes outside the CTG clade, and also inter-fungal transfers. In a previous analysis of HGT in diplomonads, fifteen genes were found to have undergone HGT [18]. There is phylogenetic evidence that these genes have undergone independent transfers into other eukaryotic lineages including Fungi. Therfore, in eukaryotes just as HGT has affected some species more than others [63], there may be groups of genes that are more likely to be taken up through HGT than others. We cannot test this directly however, as we have not identified all cases of HGT from bacteria to fungi outside the CTG clade.

Our analysis indicates that recent interkingdom gene transfer into extant CTG species is negligible. This supports a previous hypothesis that genetic code alterations blocks horizontal gene transfer [64]. It should be noted however that we searched for recent bacterial gene transfers into individual CTG species, and not for more ancient transfers. We took this approach because the presence of recently gained bacterial genes in a eukaryote genome should be readily detected compared to older transfers. Similarly, we have not investigated eukaryote-to-eukaryote transfers. It is therefore possible that we have underestimated the overall rate of HGT into the CTG lineage. The discovery of HGT in other fungal lineages implies that HGT plays an important role in fungal evolution and deserves further analysis. In particular a strategy which can detect ancient gene transfers would be meaningful.


A comparison of fungal endophytic community diversity in tree leaves of rural and urban temperate forests of Kanto district, eastern Japan

To clarify the effects of forest fragmentation and a change in tree species composition following urbanization on endophytic fungal communities, we isolated fungal endophytes from the foliage of nine tree species in suburban (Kashiwa City, Chiba) and rural (Mt. Wagakuni, Ibaraki Mt. Takao, Tokyo) forests and compared the fungal communities between sites and host tree species. Host specificity was evaluated using the index of host specificity (Si), and the number of isolated species, total isolation frequency, and the diversity index were calculated. From just one to several host-specific species were recognized in all host tree species at all sites. The total isolation frequency of all fungal species on Quercus myrsinaefolia, Quercus serrata, și Chamaecyparis obtusa and the total isolation frequency of host-specific species on Q. myrsinaefolia, Q. serrata, și Eurya japonica were significantly lower in Kashiwa than in the rural forests. The similarity indices (nonmetric multidimensional scaling (NMS) and CMH) of endophytic communities among different tree species were higher in Kashiwa, as many tree species shared the same fungal species in the suburban forest. Endophytic fungi with a broad host range were grouped into four clusters suggesting their preference for conifer/broadleaves and evergreen/deciduous trees. Forest fragmentation and isolation by urbanization have been shown to cause the decline of host-specific fungal species and a decrease in β diversity of endophytic communities, i.e., endophytic communities associated with tree leaves in suburban forests were found to be depauperate.

Repere

► We focused on both host specificity and sympatry of endophytes. ► We isolated endophytes from foliages of nine tree species in urban and rural forests. ► Host-specific species were recognized in all host tree species at all sites. ► Suburban forest showed a decrease in β diversity of endophytic communities. ► The similarity indices of endophytic communities were higher in suburban forest.


15.6: The Fungal Phylogeny - Biology

Toate articolele publicate de MDPI sunt puse imediat la dispoziție în întreaga lume sub o licență de acces deschis. Nu este necesară o permisiune specială pentru reutilizarea integrală sau parțială a articolului publicat de MDPI, inclusiv figuri și tabele. Pentru articolele publicate sub o licență Creative Common CC BY cu acces deschis, orice parte a articolului poate fi reutilizată fără permisiune, cu condiția ca articolul original să fie citat în mod clar.

Feature Papers reprezintă cea mai avansată cercetare cu un potențial semnificativ de impact ridicat în domeniu. Lucrările de referință sunt trimise la invitația individuală sau la recomandarea editorilor științifici și sunt supuse evaluării de către colegi înainte de publicare.

Documentul de referință poate fi fie un articol de cercetare original, un studiu de cercetare substanțial nou, care implică adesea mai multe tehnici sau abordări, fie o lucrare de revizuire cuprinzătoare, cu actualizări concise și precise cu privire la cele mai recente progrese în domeniu, care analizează în mod sistematic cele mai interesante progrese în domeniul științific. literatură. Acest tip de lucrare oferă o perspectivă asupra direcțiilor viitoare de cercetare sau a posibilelor aplicații.

Articolele Editor’s Choice se bazează pe recomandările editorilor științifici ai revistelor MDPI din întreaga lume. Editorii selectează un număr mic de articole publicate recent în revistă despre care cred că vor fi deosebit de interesante pentru autori sau importante în acest domeniu. Scopul este de a oferi un instantaneu al unora dintre cele mai interesante lucrări publicate în diferitele domenii de cercetare ale revistei.


Plant evolution overwhelms geographical origin in shaping rhizosphere fungi across latitudes

Xinmin Lu, State Key Laboratory of Agricultural Microbiology, Huazhong Agricultural University, Hubei 430070, China.

State Key Laboratory of Agricultural Microbiology, Huazhong Agricultural University, Hubei, China

School of Life Sciences, Central China Normal University, Hubei, China

State Key Laboratory of Agricultural Microbiology, Huazhong Agricultural University, Hubei, China

College of Plant Sciences & Technology, Huazhong Agricultural University, Hubei, China

State Key Laboratory of Agricultural Microbiology, Huazhong Agricultural University, Hubei, China

School of Life Sciences, Central China Normal University, Hubei, China

State Key Laboratory of Agricultural Microbiology, Huazhong Agricultural University, Hubei, China

College of Plant Sciences & Technology, Huazhong Agricultural University, Hubei, China

Xinmin Lu, State Key Laboratory of Agricultural Microbiology, Huazhong Agricultural University, Hubei 430070, China.

Chunqiang Wei and Lunlun Gao contributed equally to this work.

Abstract

As the number of non-native invasive species in the world is increasing, there is a pressing need to understand the effects of invasive species on recipient biotic communities to improve our ability to migrate or relieve their potential negative effects on biodiversity and ecosystem functions. Plant invasions have been shown to impose great threats to aboveground biotic communities however, invasive impacts on soil biota remain ambiguous, partially because of the paucity of studies with a large number of species across biogeographic gradients. Here, we characterized rhizosphere fungal communities of 53 native and invasive plants spanning approximately 1800 km in China, as well as eight pairs of phylogenetically related native versus invasive plants in a greenhouse experiment. The results of both field survey and greenhouse experiment showed that rhizosphere fungal composition was primarily predicted by plant phylogeny (e.g. family and species), and plant geographic origin (native vs. invasive) and abiotic factors had much smaller effects. We detected no differences in the number and relative abundance of total and family/species-specific OTUs (i.e. overall, pathogens and mutualists) associated with these native and invasive plants on average, suggesting novel co-evolution between native soil fungi and these invasive plants. These results suggest that non-native plant invasions had only a weak impact on soil fungi, partially due to stronger controls of plant evolution on rhizosphere fungi and adaptation of native fungi to these invasive species. Interestingly, rhizosphere fungal composition was more variable between invasive plants than between native plants at middle latitudes, potentially creating spatial variations in plant–soil interactions and, in turn, invasion dynamics. These novel findings highlight the importance of integrating phylogenetic and biogeographical approaches to explore invasive effects on native biota.


Materiale și metode

Genome sequences.

Genome sequence and open reading frame (ORF) annotations for the saccharomycete species were obtained from P. Cliften, M. Kellis, and the Saccharomyces Genome Database (Goffeau et al. 1996 Cliften et al. 2003 Kellis et al. 2003). Sequences for other genomes were downloaded from the published or listed Web sites as follows. K. waltii (Kellis et al. 2004), A. gossypii (Dietrich et al. 2004), C. albicans (Assembly 6 http://www-sequence.stanford.edu/group/candida/) (Jones et al. 2004), N. crassa (Release 3 Galagan et al. 2003), M. grisea (Release 2 http://www-genome.wi.mit.edu/annotation/fungi/magnaporthe/) , La fel de. nidulanele (Release 3.1 http://www.broad.mit.edu/annotation/fungi/aspergillus/) , and Sch. pombe (Wood et al. 2002). A conservative list of putative ORFs from S. kudriavzevii, S. castellii, and S. kluyveri was generated, taking all ORFs of more than 100 amino acids as putative genes. ORFs orthologous to S. cerevisiae genes were identified as described below some intron-containing S. cerevisiae genes that may also contain introns in these species (namely ribosomal protein genes) were identified by tBLASTn and manually added to the list of orthologs for these species.

Orthologs between S. cerevisiae and S. paradoxus, S. mikatae, and S. bayanus (Kellis et al. 2003) were downloaded from the Saccharomyces Genome Database ( http://www.yeastgenome.org/) . All other orthologs to S. cerevisiae genes were assigned using the method of Wall et al. (Wall et al. 2003) using a BLAST e-value cutoff of 10 -5 and the requirement for fewer than 20% gapped positions in the Clustal W alignments. The number of orthologs assigned in each species is listed in Table 1, and the complete results are available in Datasets S5–S12.

S. cerevisiae gene clusters.

Groups of known or putatively coregulated genes were identified in three ways. First, we used hierarchical (Eisen et al. 1998) and fuzzy k-means (Gasch and Eisen 2002) clustering to organize publicly available yeast gene expression data (DeRisi et al. 1997 Spellman et al. 1998 Gasch et al. 2000 Lyons et al. 2000 Ogawa et al. 2000 Primig et al. 2000 Gasch et al. 2001 Yoshimoto et al. 2002), taking gene clusters that were correlated by more than about 0.7 or with a membership of 0.08 or greater (Gasch and Eisen 2002). Second, we identified genes or transcripts whose flanking regions are physically bound by the same DNA or RNA binding proteins, as indicated by immunoprecipitation experiments (Simon et al. 1993 Iyer et al. 2001 Lieb et al. 2001 Simon et al. 2001 Lee et al. 2002 Gerber et al. 2004): For the DNA immunoprecipitation experiments, genes were ranked according to the published binding p values, and a sliding p value (between 10 -2 and 10 -4 ) was applied such that at least 20 genes were selected in each group. Transcripts that are bound by RNA binding proteins were taken from (Gerber et al. 2004). Finally, genes with the same functional annotations (Weng et al. 2003), and genes known to be coregulated by various transcription factors (Gasch et al. 2000 Lyons et al. 2000 Ogawa et al. 2000 Shakoury-Elizeh et al. 2004), were grouped together. In all, we identified 264 partially redundant groups of S. cerevisiae genes that are likely to be coregulated. These gene groups ranged in size from four to 570 genes, with a median size of 17 genes per group. The complete gene groups are available in Dataset S2.

Motif identification and enrichment.

We compiled from the literature a list of 80 known transcription factor-binding sites, represented by IUPAC consensus sequences (Dataset S1) (Costanzo et al. 2001 Weng et al. 2003). Unless otherwise noted, we searched 1,000 bp upstream or 500 bp downstream of the genes from each group in each fungal genome for sequences that matched the consensus binding sites, by doing string comparisons on both strands using PERL scripts. For each group of genes identified above, we scored the enrichment of genes whose flanking regions (either 500 bp upstream, 1,000 bp upstream, or 500 bp downstream) contain one or more example of each cis-regulatory element, using the hypergeometric distribution

Unde M is the number of genes that contain the motif in a group of i selected genes, relative to N genes that contain the motif in a genome of l genele. A p ≤ 0.0002 (approximately 0.01/80 tests) was deemed statistically significant for the consensus sequences, although if the sequence was enriched in the known group of target genes, we relaxed the cutoff to p = 0,01. A cutoff of p ≤ 2 × 10 –5 was applied to sequences that matched the MEME matrices. For the Mig1p and GATA binding sequences, which are sufficiently short and occur frequently in each genome, we also scored the enrichment of genes whose upstream region contained two or more examples of the known binding sites.

For each group of genes, we also ran the motif-finding algorithm MEME (Bailey and Elkan 1994) on the upstream regions of S. cerevisiae genes or their orthologs in each species, using a two-component mixture model both with and without a motif-width specification of 8 bp. Unless otherwise noted, we used 500 bp upstream (for the hemiascomycetes) or 1,000 bp upstream (for the euascomycetes and Sch. pombe) of the genes in each group. Thus, for each group of coregulated genes, we performed 14 MEME analyses (each identifying three matrices) on the upstream regions of the genes from a given species. Matrices that matched known S. cerevisiae regulatory elements were identified by manual and automated comparisons, similar to that previous described (Hughes et al. 2000). A position-weight matrix was calculated for each motif on the basis of n motif examples MEME identified by counting the number of occurrences of each base at each position in n motifs, adding one pseudocount, and dividing by n + 4. A log-likelihood score S was calculated for each motif example as follows.

În această formulă, p is each position in the motif, b is the base și X is a matrix of indicator variables representing the sequence, where Xpb = 1 if the sequence has base b at position p, and zero otherwise. The probabilities of bases in the motif according to the position-weight matrix are represented by f motif , and the probabilities of bases in the genomic background are represented by f background (Vezi mai jos). The score S′ was assigned to each matrix, equal to 0.75× the average S of the motif examples, using the base frequency from each genome as the background model (G/C = 0.2 and A/T = 0.3 for all species except N. crassa , where G/C/A/T = 0.25). This score was used as a cutoff to identify genomic examples of the matrix.

To identify genes whose upstream regions contained examples of each motif, we calculated the log-likelihood S of each 8-bp sequence within the 1,000 bp upstream region of each gene. The background model was based on the genomic nucleotide frequency in the 50 bp upstream window corresponding to the position of the sequence being assessed. We used this model to overcome the species-specific positional nucleotide biases immediately upstream of coding sequences (A. M. M., A. P. G., D. Y. C., and M. B. E., unpublished data). A sequence was considered a match to the matrix if S > S ′. The enrichment of genes that contained each motif was scored using the hypergeometric distribution, as described above. A p ≤ 1 × 10 –5 (0.01 divided by the number of matrices tested in each species) was considered statistically significant. Out of the MEME matrices trained on the non- S. cerevisiae species, 53 were enriched in the gene group in which they were identified. Of these elements, 28 were similar to S. cerevisiae elements shown in Figure 2 and were enriched in the S. cerevisiae genes. An additional six matrices were redundantly identified in nearly identical gene groups (namely, Fhl1p targets and ribosomal protein genes) from the same species, and two elements were very similar and identified in the same gene group from La fel de. nidulanele șiM. grisea. Thus, in all, 19 novel elements were identified. The complete list of matrices is available in Dataset S47.

Positional distribution and spacing of cis-sequences.

Genes that contained sequences that matched theS. cerevisiae position-weight matrices were identified as described above. We then calculated the frequency of each sequence in 50-bp windows upstream of the potential target genes and compared it to the frequency of that element in the corresponding upstream window for all of the genes in that genome. To identify distributions that were statistically different from the background, we identified 50-bp windows that contained a disproportionate number of the cis-sequences in the target upstream regions compared to the background, using the hypergeometric distribution presented above, where i was the total number of elements identified upstream of the genes in each group, M was the number of those elements that fell within a given 50-bp window, l was the total number of elements upstream of all of the genes in that genome and N was the number of those elements that fell within the same 50-bp window. We considered an element's distribution to be significant if there was at least one 50-bp window with p ≤ 0.01 only 5%–10% of the elements had distributions that met this criterion in gene groups other than their putative target genes. We calculated the correlation between element positions in S. cerevisiae and each of the other species by taking all possible pairwise combinations of a cis-element's positions in a given S. cerevisiae upstream region and in the orthologous region from other species and plotting these values for each group of coregulated genes (example scatter plots shown in Figures S4 and S5).

Genes that contained sequences that matched the S. cerevisiae Cbf1p and Met31/32p position-weight matrices were identified in each species as described above. The average spacing between Cbf1p and Met31/32p binding sites within the 500 bp-upstream regions of the methionine biosynthesis genes and of all of the genes in each genome was measured by calculating the distance between all pair-wise combinations of the two motifs in each upstream region and taking the average spacing for the respective group of genes.

Rpn4p matrix comparisons.

To compare the upstream sequences identified in proteasome genes fromS. cerevisiae și C. albicans, and to ensure that the identified sequences were not obtained by sampling bias, we performed the following permutation analysis. We ran MEME on the entire set of upstream regions of 26 proteasome genes with orthologs in both species, using the conservative one-per-sequence model. This produced a “meta-matrix” that identified exactly one putative binding site from each gene, leaving us with a set of exactly 52. We calculated the likelihood-ratio statistic, testing the hypothesis that the sequences were drawn from a single multinomial, or from multinomials estimated separately for each species. In order to test the significance of this statistic, we randomly divided the data into two equal-sized groups 10,000 times, recalculated the statistic, and found that matrix positions 2, 3, and 9 had values ofp < 0,001. The results were similar when the test was performed on all cis-sequences that matched the meta-matrix: These sequences were identified in both species using the S. cerevisiae background model (which identified a list of sequences that was nearly identical to that generated when the C. albicans background model was used to identify motifs from each species).

This set of elements was organized by sequence similarity as follows. Each basepair was represented by a four-dimensional binary vector of indicator variables: G = 1,0,0,0 A = 0,1,0,0 C = 0,0,1,0 T = 0,0,0,1. Each basepair in each 10-mer sequence was replaced by the corresponding vector of indicator variables, translating the 10-mer sequence into a 40-dimensional binary vector. The sequences were organized by hierarchically clustering the binary vectors that represented them, using the program Cluster (Eisen et al. 1998). The organized sequences were visualized using the program TreeView ( available at http://rana.lbl.gov) as shown in Figure S6.

Cloning and culture growth.

The S. cerevisiae RPN4 ORF and its orthologs in C. albicans (orf6.4920) și N. crassa (NCU01640.1) were cloned by PCR from genomic DNA ( S. cerevisiae strain S288C, C. albicans strain NIH 3147 [#10231D American Type Culture Collection, Manassas, Virginia, United States], and N. crassa Mauriceville strain) using Bio-X-act DNA polymerase (BioLine, Boston, Massachusetts, United States). Primers that exactly spanned each ORF (excluding the first ATG) and introduced XmaI and NcoI sites at the 5′ and 3′ ends, respectively, of each PCR product, were used to amplify each ORF. The digested products were cloned into pCAL-n (Stratagene, La Jolla, California, United States) to add an amino-terminal calmodulin-binding protein tag to each protein. In addition, a hybrid protein was generated from the amino-terminal portion of Sc_ RPN4 (corresponding to nucleotide position 4–1,247) and the DNA binding-domain from C. albicans orf6.4920 (position 1,235–1,611), guided by Clustal W (Thompson et al. 1994 Chenna et al. 2003) alignments of the proteins. The orf6.4920 fragment was amplified by PCR, generating an EcoRI site in the amino end of the fragment. The digested fragment was ligated to a natural EcoRI site inSc_RPN4 (present in a region of high sequence conservation between the proteins), and the hybrid was cloned into pCAL-n as described above. The wild-type amino acid sequences of Sc_Rpn4p, Ca_Rpn4p, and the hybrid clones were verified by DNA sequencing. (The Mauriceville Rpn4p ortholog had five amino acid differences compared to the published sequence from strain 74A. Because we recovered the identical sequence from multiple independent PCRs, we take this to be the wild-type Nc_Rpn4p for this strain.) Each plasmid was used to transform BL21DE3-RIL E. coli cells (Stratagene).

Yeast overexpression plasmids were constructed by PCR amplification of Sc_RPN4, Ca_RPN4, sau Hybrid_RPN from the above plasmids and cloned into the GAL-inducible expression plasmid pRS-TAP (provided by D. Nix) by homologous recombination and gapped plasmid repair. Reporter constructs were generated by cloning 40-bp fragments that contained either one or five copies of Sequence A or Sequence B upstream of the HIS3 minimal promoter in pDC204 (provided by D. Y. C.). Yeast strain BY4741 (MATA his3Δ1 leu2Δ0 met15Δ0 ura3Δ0, provided by M. Kobor) was transformed with each overexpression construct and each reporter construct. Liquid cultures were grown to mid-log phase and washed three times with synthetic-dropout medium lacking histidine and glucose. Serial culture dilutions were spotted onto solid SC medium lacking uracil, leucine, and histidine, with 2% galactose, and containing 0–15 mM 3-amino triazole (Sigma, St. Louis, Missouri, United States). Photos were taken after growth for 3 d at 30 °C.

Protein purification and Biacore measurements.

The proteins were purified from bacteria by affinity purification. 250 ml of LB medium containing 50 ng/ml carbenicillin (Sigma) was inoculated with 8 ml of saturated cultures and grown at 37 °C to OD600 of approximately 1.0. The cells were induced with 0.3 mM IPTG (Sigma) at 30 °C for 1 h, collected by centrifugation at 4 °C, and flash-frozen in liquid nitrogen. The cells were resuspended in ice-cold 8V calcium binding buffer (50 mM Tris-Cl [pH 7.5], 150 mM NaCl, 1 mM magnesium acetate, 1 mM imidazole, 2 mM calcium chloride, and 1 mM PMSF) and lysed on ice by sonication. The lysate was cleared by centrifugation, and the soluble extract was loaded onto 0.5 ml of calmodulin resin (Stratagene) in a 2-ml column (BioRad, Hercules, California, United States) at 4 °C. The column was washed with 8V calcium binding buffer followed by 8V binding buffer adjusted to 0.5 M NaCl. The resin was eluted with elution buffer (50 mM Tris-Cl [pH 7.5], 0.5 M NaCl, and 2 mM EGTA), and the eluates were flash-frozen and stored at –80 °C.

The interaction of each purified protein with three predicted Rpn4p binding sites was measured using a Biacore 3000 system (Biacore, Piscataway, New Jersey, United States). Complementary 40-nucleotide oligonucleotides were designed, with one oligonucleotide containing a 5′ biotinylated group (Qiagen, Valencia, California, United States). Each of the three sequences contained a different 10-bp core flanked by the same 15 bp that flanked a natural Rpn4p site from the C. albicans orf6.8078 gene: Sequence A ( GCGTGCCAGATAATC GGTGGCAAAA CGGAAGAAAAAGTGA) Sequence B ( GCGTGCCAGATAATC GAAGGCAAAA CGGAAGAAAAAGTGA) and Sequence C ( GCGTGCCAGATAATC AGTGGCAACA CGGAAGAAAAAGTGA). (The flanking sequence did not noticeably contribute to the binding properties, as a 40-bp fragment consisting of the natural Rpn4p site and flanking sequence from the S. cerevisiae gene PUP2 performed nearly indistinguishably from Sequence A in competition experiments [unpublished data].) The HPLC-purified oligonucleotides were combined at a ratio of 2:1 unbiotinylated:biotinylated oligonucleotides in 10 mM Tris-Cl (pH 7.4), 1 mM EDTA, and 50 mM NaCl, heated to 95 °C for 10 min, and incubated at room temperature overnight. Each double-stranded, biotinylated sequence was bound to one flow cell of an SA sensor chip (Biacore) in HBS buffer (10 mM HEPES [pH 7.4], 150 mM NaCl, 3 mM EDTA, and 0.005% P20) at a flow rate of 10 μl/min. Each cell was coated with roughly the same DNA (approximately 46–56 response units) according to the manufacturer's instructions. The fourth flow cell was not coated with DNA and served as a control. A single cell on a second SA chip was coated in the same way with double-stranded, biotinylated Sequence I ( ACTTGTTCCCGCTCGCT GGAGCT CCTCCAACGACACGGGC), representing an instance of the GGAGCT site and flanking sequence from the N. crassa proteasome gene NCU06712.1.

Protein was diluted to 10–100 nM in ice-cold HBS buffer and maintained on ice until injection into the Biacore system. Proteins were passed through four flow cells at a flow rate of 10 μl/min for 90 s at room temperature, then HBS buffer was flowed over the chip at 10 μl/min for 180 s. The protein was desorbed by flowing 0.5% SDS over the chip for 30 s followed by HBS. The kinetics of binding were examined using the Biacore software, and the fit of each calculation was acceptable according to the manufacturer's instructions.

Double-stranded competitor DNA was generated by mixing equimolar amounts of complementary 30-nucleotide fragments, heating to 95 °C for 10 min, and allowing the mixture to cool to room temperature overnight. The DNAs were quantified before and after annealing by replicate absorbance measurements. Four different competitor fragments were used: Sequence D ( CCAGATAATC GGTGGCAAAA CGGAAGAAAA), Sequence E ( CCAGATAATC AGTGGCAAAA CGGAAGAAAA), and Sequence F ( CCAGATAATC GGTGGCAACA CGGAAGAAAA) the fourth sequence, Sequence G, ( CCAGATAATC CTGCATTTGG CGGAAGAAAA) was chosen as the worst-scoring sequence to the Sc_Rpn4p position-weight matrix and served as a negative control. Each fragment was mixed with 50 nM protein at a 1:1 or 5:1 molar ratio (or buffer was added for mock experiments), incubated for 50 min on ice, then injected into the Biacore system, as described above. The maximum response units of each protein binding to the three sequences on the chip were measured using the Biacore software.


Mulțumiri

We thank M. Appenheimer, J. Black, and M. Messmer for helpful comments on the manuscript, E. Smith and UC Berkeley Natural Resources Library for assistance with archived citations, and J. Muhitch for providing the photomicrograph depicting lymph node HEV. This work was supported by the US National Institutes of Health (CA79765, <"type":"entrez-nucleotide","attrs":<"text":"CA085183","term_id":"34938490","term_text":"CA085183">> CA085183, and <"type":"entrez-nucleotide","attrs":<"text":"AI082039","term_id":"3418831","term_text":"AI082039">> AI082039) and the Jennifer Linscott Tietgen Family Foundation. We also acknowledge the significant contributions of colleagues in the field that could not always be cited due to space limitations.


Priveste filmarea: 1x14: Microbiota y filogenia (Iunie 2022).


Comentarii:

  1. Lonato

    Frații, despre ce scrii? ? Ce legătură are această postare cu ea? ?

  2. Udo

    Bravo, ce frază ..., gândul admirabil

  3. Zarek

    A fost înregistrat în mod special la un forum pentru a participa la discuția despre această întrebare.

  4. Maccallum

    Mi -a plăcut ... îmi sfătuiesc, pentru cei care nu au urmărit, aruncați o privire - nu veți putea să -l folosiți



Scrie un mesaj