Információ

15.6: A gombák törzsfejlődése – biológia

15.6: A gombák törzsfejlődése – biológia


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.

Meglepően nehéz meghatározni a gombacsoportok származását és rokonságát. Vannak azonban olyan nagy csoportok, amelyekre a Kingdom Gombákat általában felosztják, és ezeket a következő részben tárgyaljuk.

Az alábbi kép egy nyílt hozzáférésű publikációból származik (doi.org/10.1128/mBio.01739-16), és egy lehetséges hipotézist mutat be a gombacsoportok közötti kapcsolatokra vonatkozóan. Ezt a hipotézist filogeniának nevezik, és genetikán, valamint fiziológiai és morfológiai sajátosságokon alapul. Jelenleg egyetlen filogenezist sem fogad el minden mikológus.

Chytrids: magában foglalja a Chytridiomycota és a Blastocladiomycota a fenti törzsből

Chytrids a gombák legrégebbi származását alkotják. Ellentétben bármely más csoporttal ezen a királyságon belül, ők azok vízi es van úszóspórák (zoospórák) egyetlen flagellummal. Noha ebben a csoportban sokan ártalmatlan lebontók, a leghíresebb a chytridák Batrachochytrium dendrobatidis, a kétéltűek bőrét megfertőző gomba. Ez a chytrid hozzájárul számos kétéltűfaj világméretű csökkenéséhez (bár számos egyéb tényező is), különösen a békák esetében.

Ha elérhető, tekintse meg a kitridák mintáit a preparáló és összetett mikroszkóp alatt. Milyen funkciókat találhat?

Zygomycetes: magában foglalja az összes fenti, nem lobogós, korán széttartó gombát, kivéve a Glomeromycotina

A járomciták legalább két különböző gombavonalból állnak, amelyek mindegyike közös szerkezettel rendelkezik az ivaros szaporodás során. zygosporangium. Ez egy nagy, díszített, narancssárga-barnás szerkezet, ahol a megtermékenyítés és a meiózis egyaránt előfordul. A zigomicéták hifáiban nincsenek válaszfalak, amelyeket lénynek neveznek cönocitikus. Ezek a gombák általában magas cukortartalmú szubsztrátumokon, például rothadó gyümölcsökön vagy kenyérformázón, vagy rovarparazitákként fordulnak elő. A zigomicéták szaporodhatnak ivartalanul, termelődéssel mitosporangiumok (lásd alább), haploid spórákat képez mitózissal.

A fenti három érett zygosporangia látható a szexuális szaporodás során Rhizopus stolonifer. A kép közepén két kompatibilis micélium (+ és -) kapcsolódott egymáshoz, és jelenleg gametangiát képeznek. Ezeket a gametangiákat haploid magokkal árasztják el, amelyek a zigosporangiumban egyesülve diploid zigótákat hoznak létre. Ezek mindegyike azonnal meiózison megy keresztül, és haploid spórákat termel.

Tekintse meg a laboratóriumban elérhető zygomycetes mintákat, és rögzítse megfigyeléseit alább. Mely jellemzők segítenének azonosítani ezt a csoportot?

Glomeromycota: Glomeromycotina néven szerepel a gombák törzsében

Ez az egyetlen leszármazási vonal a Kingdom Fungi-n belül szinte az összes szárazföldi növényfaj gyökerével és a legkorábbi növényi vonalak talijával alkot kapcsolatot, amelyek a gyökerek előtt fejlődtek ki. Ez mikorrhiza (miko jelentése gomba, rhiza jelentése gyökér) kapcsolat 400 millió éve létezik, és valószínűleg részt vett a növények földre költözésében. Glomeromycetesnek nevezik endomikorrhiza mert a gomba hifák behatolnak a növényi sejtek belsejébe. A gomba általában a gyökereken keresztül jut be a növényi szövetekbe, és a gyökérben lévő kéregsejtek sejtfalain áthatol. A hifák azonban nem mennek át a plazmamembránon. Ehelyett erősen elágazó, faszerű struktúrákat alkotnak, az úgynevezett arbuscles. Ez nagy felületet biztosít a növény és a gomba számára, hogy kölcsönhatásba lépjen egymással. Hogyan kommunikálnak egymással?

Ezek a képek egy nyílt hozzáférésű papírból származnak (doi: 10.1038/srep29733), amely a növényi sejtek gombás kolonizációját tanulmányozza. A jobb oldali képen a gombaszövetet fluoreszcens festékkel festették meg. Az alsó kettőben (B és C) a gomba hifák sötétre festettek, és a növényi sejtfalon belül arbusculákat képeznek.

Mivel heterotróf, a gomba cukrot vesz fel a növényből. A gomba hifák a növény gyökerein túl a talajba nyúlnak, ahol felvehetik a vizet és a növénybe átvitt tápanyagokat. Minden partner hasznot húz ebből a kapcsolatból, ezért ezt kölcsönös szimbiózisnak, ill kölcsönösség.

A szimbiotikus kapcsolat legalább két különböző fajba tartozó szervezet közötti megosztott kapcsolatra utal. Ez a kapcsolat mindkét fél hasznára válhat, mint fent, csak az egyiknek előnyös, esetleg kárt okoz a másiknak. Hogyan neveznéd ezt az utóbbi típusú szimbiózist?

Tekintse meg a mikorrhiza gyökércsúcsát az összetett mikroszkóp alatt, akár előkészített tárgylemezként, akár friss mintából. Ha friss mintából származik, használjon 5% KOH + Phloxine B-t vagy Cotton Blue-t a gombás szövet megfestésére. Rajzolja le az alábbiakat, és jelölje meg a növény és a gomba megkülönböztető jellemzőit.

A Dikarya: Ascomycota és Basidiomycota

Ezt a két gombacsoportot dikaryának nevezik, mert életciklusuk egy része az dikarióta. Amikor két kompatibilis párosodási típus találkozik, összeolvadnak, és megkezdik a plazmogámiával (a citoplazma fúziójával) történő megtermékenyítési folyamatot. Az atommagok azonban nem olvadnak össze. Ehelyett új micélium képződik két különböző haploid maggal minden sejtben, így a ploiditás n + n (szemben a diploiddal, 2n). Ezt az állapotot dikarióta állapotnak nevezik. A karyogámia (az atommagok összeolvadása) addig nem következik be, amíg a gomba nem készül spórákat képezni. A két mag egyesül, és a zigóta azonnal meiózison megy keresztül, haploid spórákat képezve.

Melyik életciklus típusba sorolná ezt be és miért?

Bár minden csoportban vannak mikroszkopikus fajok és életszakaszok (beleértve a korábban látott élesztőt is), az Ascomycota és a Basidiomycota tagjai egyaránt makroszkopikus termőtesteket alkotnak. Emiatt a Lab makrogombák és zuzmók című részben részletesebben foglalkozunk velük.


Candida auris: Epidemiológia, biológia, gombaellenes rezisztencia és virulencia

Az elsőként 2009-ben Japánban leírtak, a feltörekvő, multirezisztens gombakórokozó, a Candida auris világszerte közegészségügyi fenyegetéssé válik, amely az elmúlt évtizedben tapasztalt gyors és széles körű megjelenése miatt jelentős figyelmet kapott. A gomba közelmúltbeli megjelenésének okai a mai napig rejtélyek maradnak. A genetikai elemzések azt mutatják, hogy ez a gombás kórokozó egyidejűleg több különböző kontinensen jelent meg, ahol a C. auris 5 genetikailag eltérő kládját izolálták különböző földrajzi helyekről. Bár a C. auris a CTG-kládhoz tartozik (alkotó fajai a CTG kodont leucin helyett szerinnek fordítják, mint a szabványos kódban), a C. auris egy haploid gombafaj, amely közelebbi rokonságban áll a haploid és gyakran több hatóanyagú gombafajjal. rezisztens fajok Candida haemulonii és Candida lusitaniae, és távoli rokonságban áll a diploid és klinikailag gyakori Candida albicans és Candida tropicalis gombakórokozókkal. A C. auris által okozott fertőzések és járványok a kórházi környezetben az elmúlt néhány évben emelkedtek. A C. auris azonosításának nehézsége, több gyógyszerrel szembeni rezisztencia, a virulencia faktorok kialakulása, a betegek magas mortalitási aránya és a környezeti felületeken való hosszú távú túlélés miatt a C. auris különösen problematikus a klinikai körülmények között. Itt áttekintjük a C. auris biológiai és klinikai vonatkozásaiban az elmúlt évtizedben elért eredményeket. A jövőbeni erőfeszítéseket annak biológiája, epidemiológiája, gombaellenes rezisztenciája és patogenezise mechanikai részleteinek megértésére kell irányítani, azzal a céllal, hogy új eszközöket és módszereket fejlesszenek ki a C. auris fertőzések megelőzésére, diagnosztizálására és kezelésére.

Összeférhetetlenségi nyilatkozat

Clarissa J. Nobile a BioSynesis, Inc. társalapítója, amely egy biofilm inhibitorokat és diagnosztikát fejlesztő cég.

Ábrák

1. ábra: A publikált irodalom áttekintése…

1. ábra. A témában megjelent szakirodalom áttekintése C . auris 2009 januárja és…

2. ábra: Országok, ahol a…

2. ábra. Országok, amelyekben a C . auris fertőzés vagy kolonizáció januártól…


Háttér

Ez a cikk az [1] javításaként jelent meg. Az adatelőállítókkal és a folyóirat-szerkesztőkkel folytatott megbeszélést követően 9 nem publikált genomot eltávolítottunk elemzésünkből (Botryobasidium botryosum, Gymnopus luxurians, Hypholoma sublateritium, Jaapia argillacea, Hebeloma cylindrosporum, Conidiobolus coronatus, Laccaria amethystina, Paxillus involutus, és P. rubicundulus). Munkánk fő következtetései változatlanok maradnak. Elnézést kérünk az esetleges kellemetlenségekért.

A szénhidrát-aktív enzimek (CAZymes) felelősek a glikokonjugátumok, oligo- és poliszacharidok lebontásáért, bioszintéziséért vagy módosításáért. A legfontosabb, hogy a paraziták által termelt CAZyme-ek központi szerepet játszanak a növényi sejtfal szintézisében és lebontásában, valamint a gazda-patogén kölcsönhatásokban [2]. Jelenleg a CAZymeket négy funkcionális osztályba sorolják: glikozid-hidrolázok (GH-k), glikoziltranszferázok (GT-k), poliszacharid-liázok (PL-ek) és szénhidrát-észterázok (CE-k) szerkezetileg rokon katalitikus moduljaik vagy funkcionális doménjeik alapján [2] . Közülük a CE, GH és PL osztályba tartozó CAZimeket gyakran sejtfalbontó enzimként (CWDE) ismerik, mivel fontos szerepük van a növényi biomassza gombák és baktériumok általi lebontásában [3]. A katalitikus modulokon kívül a CAZymes körülbelül 7%-a tartalmazza a szénhidrátkötő modulokat (CBM) is, amelyek a sejtfal hidrolízisében aktív enzimekkel kapcsolatos leggyakoribb nem katalitikus modulok [2].

A gombák mindenféle CAZymet termelhetnek [2, 4]. Közülük a növényi sejtfalat lebontó enzimek kiemelt figyelmet kaptak, mivel fontosak a gombás kórokozókban a gazdaszervezetek bejutása és sikeres fertőzése szempontjából. A növényi sejtfalból felszabaduló szénhidrátok tápanyagot is biztosíthatnak a gombák növekedéséhez. Valójában egyes szaprofita gombák főként a növényi sejtfal anyagok különféle CWDE-kkel történő lebontásával jutnak tápanyaghoz a növekedéshez és a szaporodáshoz. Számos tanulmány kimutatta, hogy a különböző gombákból származó hidrolitikus enzimek aktivitása különböző típusú növényi biomasszákat preferál, és alkalmazkodott életmódjukhoz [5, 6]. Különböző szubsztrátokon történő tenyésztés során kimutatták, hogy különböző növényi biomassza lebontó enzimeket termelnek különböző gombák, köztük a fonalas gomba modellje. Neurospora crassa[7–13]. A fehérrothadású basidiomycete gombák, mint pl Phanerochaete chrysosporium kimutatták, hogy a fában a lignin jelentős bomlásához szükséges ligninázok fő termelői [14, 15]. A gombás kórokozók esetében a sejtfal lokalizált lebontása szükséges a növényi citoplazmához való hozzáféréshez és a gazdaszövetek közötti terjedéshez. Számos növényi patogén gombánál kimutatták, hogy a CWDE-k, például a pektinázok és a xilanázok patogenitással vagy virulenciával kapcsolatosak [16–18].

A mai napig több mint száz gomba genomot szekvenáltak és nyilvánosan hozzáférhetők, köztük a reprezentatív gombákat is Ascomycota, Basidiomycota, Zygomycota, és Chytiridiomycota. A legtöbb gomba, kivéve a Saccharomycetes és a Schizosaccharomycetes, nagyszámú CWDE gént tartalmaz, amelyek valószínűleg részt vesznek a növények fertőzésében vagy a környezetben való túlélésben. Egyes poliszacharid-lebontó enzimeket kódoló géneknél bizonyos gombák családtagjai kibővültek, és kimutatták, hogy a génredundancia védi a kritikus funkciókat [19]. Nem számoltak be azonban a CAZymes teljes és szisztematikus összehasonlító elemzéséről a gombavilágban. Ezenkívül még mindig nem világos, hogy a CAZymes gombákban való eloszlása ​​összefüggésben áll-e a növényi sejtfal összetevőivel, bár a kétszikűek és az egyszikűek sejtfala ismert, hogy különböző összetevőkből áll, különösen a pektineken és a hemicellulózokon [6, 20, 21 ].

Ebben a tanulmányban azonosítottuk és összehasonlítottuk a reprezentatív gombákból származó CAZymes teljes repertoárját, és átfogó összehasonlítást végeztünk a CAZyme családok eloszlásával és abundanciájával kapcsolatban, hogy nyomokat kapjunk emésztési potenciáljukról, különösen a növényi sejtfal poliszacharidjaival szemben. Elemezték a szaprofita, fakultatív parazita, hemibiotróf, biotróf és szimbiotikus gombák CAZyme-jainak számában és változatosságában mutatkozó különbségeket. Megvizsgáltuk a CAZymes-ek száma és változatossága, valamint a gombák táplálkozási stratégiája és a gazdaspecifikusság közötti kapcsolatot is.


Eredmények

Adatkészlet

360 fajból állítottunk össze plasztid fehérjét kódoló szekvenciákat (1. további fájl), amelyekhez komplett vagy csaknem teljes plasztid genomszekvenciák álltak rendelkezésre a GenBankon. A 360 fajból 258 zárvatermő volt.Angiospermae), 53 gymnosperms (Acrogymnospermae, köztük három Gnetophyta), hét monilofita (Monilophyta), négy likofita (Lycopodiophyta), három májfű (Marchantiophyta), egy szarvasfű (Anthocerotophyta), két moha (Bryophyta), hat taxon a parafiletikus streptofita algákból és 26 klorofita alga (Chlorophyta). A filogenetikai karaktermátrixok 78 génből származó szekvenciákat és a következő számú illesztési pozíciót tartalmaztak: 58 347 bp az összes nukleotid pozíciót tartalmazó mátrix (ntAll) és az ntAll mátrix RY-kódolt (RY) változata 38 898 bp a csak a mátrixban. első és második kodonpozíció (ntNo3rd) és 19 449 aminosav (AA). A taxononként jelenlévő gének száma 18 és 78 között változott (átlag = 70), míg a génenként jelenlévő taxonok száma 228 és 356 között mozgott (átlag = 322, lásd a 2. kiegészítő fájlt). A kevés gént tartalmazó taxonok, mint pl Helicosporidium (18 gén) és Rhizanthella (19 gén) nem fotoszintetikus fajok erősen módosított, teljes plasztid genomjait képviselik [70, 71]. A hiányzó adatok (hézagok és félreérthető karakterek) százaléka a következő volt

15,6% mind a négy adatkészlet esetében. Az adatok mintázata mind a négy mátrixon döntő, ami azt jelenti, hogy egyedileg definiálhat egyetlen fát az összes taxon számára [72]. Az adatok az összes lehetséges taxonhármas 100%-át tartalmazzák, és az összes lehetséges fa 100%-ára meghatározóak. Az összes igazítást a Dryad Data Repository-ban helyezték el [73].

GC torzítás

A GC-tartalom jelentős eltéréseket mutatott mind a leszármazási vonalak között, mind az egyes genomokon belül, és a khi-négyzet tesztek elutasították a homogén alapfrekvenciák nullhipotézisét (1. táblázat). Az átlagos GC-tartalom az ntAll mátrixban 38,9% volt, és 54,3% között mozgott. Selaginella uncinata 27,5%-ra Helicosporidium sp. (1. ábra, 3. kiegészítő fájl). Ezenkívül az átlagos GC-tartalom az első, második és harmadik kodonpozíciók között változott, messze a legnagyobb eltérés a harmadik kodonpozícióban lévő leszármazások között (1. ábra, 3. kiegészítő fájl). Bár a GC-tartalom kiterjedt heterogenitást mutatott az összes fajban, viszonylag kis eltérés volt a magnövény taxonok között (2. ábra). Szignifikáns korreláció volt a nukleotid-összetétel és az aminosav-összetétel között is. A GC-ben gazdag plasztid genomokban szignifikánsan nagyobb százalékban (3. ábra, p < 0,001) volt olyan aminosav, amelyet GC-ben gazdag kodonok (azaz G, A, R és P) kódolnak. Hasonlóképpen, a GC-ben gazdag plasztid genomokban szignifikánsan alacsonyabb százalékban (4. ábra, p < 0,001) volt az AT-ban gazdag kodonok (azaz F, Y, M, I, N és K) által kódolt aminosavak.

A százalékos GC-tartalom dobozdiagramjai az ntAll és ntNo3rd adatkészletekben, valamint az ntAll adatkészlet első, második és harmadik kodonpozíciójában.

A magnövények százalékos GC-tartalmának dobozdiagramjai ( Spermatophyta bal oldalon) és az adatkészlet egésze ( Viridiplantae jobb oldalon) az ntAll és ntNo3rd adatkészletekben, valamint az ntAll adatkészlet első, második és harmadik kodonpozíciójában. Minden pár dobozos parcella esetében a magnövények értékei (Spermatophyta) a bal oldalon találhatók, és az összes zöld növény taxon értéke (Viridiplantae) a jobb oldalon találhatók.

Összefüggés az ntAll mátrix százalékos GC nukleotid tartalma és az AA mátrix azon aminosavainak százaléka között, amelyeket GC-ben gazdag kodonok (G, A, R és P) kódolnak.

Korreláció az ntAll mátrix százalékos GC nukleotid tartalma és az AA mátrix azon aminosavainak százaléka között, amelyeket AT-ban gazdag kodonok (F, Y, M, I, N és K) kódolnak.

Filogenetikai elemzések

Az összes adatkészlet és particionálási séma filogenetikai elemzése során az AICc alapján következetesen a legtöbb partíciót tartalmazó particionálási stratégia illeszkedik a legjobban az adatokhoz (2. táblázat). Ezek a legjobban illeszkedő modellek az AA mátrixot génenként (78 partíció), a nukleotidokat (ntAll, ntNo3rd) és az RY mátrixokat kodonpozíció és gén szerint (234 partíció) osztották fel. Minden utólagos rendszerindítási elemzés azt mutatta, hogy a támogatási értékek konvergenciája 100 ismétlés után következett be, így a 200 ismétlést választottuk több mint elegendőnek ahhoz, hogy megbízható bootstrap értékeket kapjunk.

A főbb kládok kapcsolatainak jelentésére fogunk összpontosítani Viridiplantae az 50%-os maximum likelihood (ML) többségi szabály bootstrap konszenzus összefoglaló fáiban látható minden adatkészlethez: ntAll (5. ábra), ntNo3rd (6. ábra), RY (7. ábra) és AA (8. ábra). Ezek az összefoglaló fák összecsuknak néhány kládot, hogy megkönnyítsék a főbb kapcsolatok megtekintését Viridiplantae. A négy adatkészlet közötti fontos eredmények és ütközések összefoglalása a 3. táblázatban található. Teljes többségi szabály rendszerindítási konszenzusfákat biztosítunk az ntAll (9., 10., 11., 12., 13. és 14. ábra), ntNo3rd (További fájl) számára. 4), RY (5. további fájl) és AA (6. további fájl) adatkészletek. ML fák ághosszúsággal és BS értékekkel is rendelkezésre állnak: ntAll (7. további fájl), ntNo3rd (8. további fájl), RY (9. további fájl) és AA (10. további fájl). Az ML fák összes belső csomópontja közötti átlagos támogatási értékek valamivel magasabbak voltak az ntAll törzsben (

94%-os bootstrap támogatás [BS] További 7. fájl) a többi adatkészlethez képest (

90-91% BS További fájlok 8., 9. és 10.). Az ntAll törzsben volt a legtöbb klád feloldva ≥ 70% BS-sel (92% 327 bipartíció volt feloldva a lehetséges 357-ből), míg az ntNo3rd, RY és AA adatkészletekben a lehetséges bipartíciók 87%, 87 és 86%-a volt feloldva. ≥ 70% BS-nél. Az összes eredményül kapott fát a Dryad Data Repository-ban helyezték el [73].

Ötven százalékos maximális valószínűségű többségi szabály rendszerindítási konszenzus összefoglaló fája Viridiplantae az összes nukleotid pozíció (ntAll) elemzéséből következtethetünk. Az adatkészlet a plasztid genom 78 fehérjét kódoló génjéből származik (ntax = 360 58 347 bp hiányzó adatok

15,6%). A rendszerindítási támogatási értékek ≥ 50% láthatók. A háromszögű terminálok összecsukott kládokat jelentenek > 2 taxonnal. Megjegyzés pozíciója Lycopodiophyta mint nővére Spermatophyta valószínűleg az alapösszetétel torzítása okozza (lásd a szöveget). Lásd a 9., 10., 11., 12., 13. és 14. ábrát a teljes fához és az 1. kiegészítő fájlt a taxonómiához. Lami. = Lamiidae Campanuli. = Campanulidae Lyco. = Lycopodiophyta.

Ötven százalékos maximális valószínűségű többségi szabály rendszerindítási konszenzus összefoglaló fája Viridiplantae az első és második kodonpozíció (ntNo3rd) elemzéséből következtethetünk. A plasztid genom 78 fehérjét kódoló génjéből származó adatkészlet (ntax = 360 38 898 bp hiányzó adatok

15,6%). A rendszerindítási támogatási értékek ≥ 50% láthatók. A háromszögű terminálok összecsukott kládokat jelentenek > 2 taxonnal. Lásd a 4. kiegészítő fájlt a teljes fához és az 1. kiegészítő fájlt a taxonómiához. Lami. = Lamiidae Campanuli. = Campanulidae.

Ötven százalékos maximális valószínűségű többségi szabály rendszerindítási konszenzus összefoglaló fája Viridiplantae az RY-kódolt (RY) elemzésből következtethetünk. Az adatkészlet a plasztid genom 78 fehérjét kódoló génjéből származik (ntax = 360 58 347 bp hiányzó adatok

15,6%). A rendszerindítási támogatási értékek ≥ 50% láthatók. A háromszögű terminálok összecsukott kládokat jelentenek > 2 taxonnal. Lásd az 5. kiegészítő fájlt a teljes fához és az 1. kiegészítő fájlt a taxonómiához. Lami. = Lamiidae Campanuli. = Campanulidae.

Ötven százalékos maximális valószínűségű többségi szabály rendszerindítási konszenzus összefoglaló fája Viridiplantae aminosav (AA) elemzéséből következtethetünk. Az adatkészlet a plasztid genom 78 fehérjét kódoló génjéből származik (ntax = 360 19 449 AA hiányzó adatok

15,6%). A rendszerindítási támogatási értékek ≥ 50% láthatók. A háromszögű terminálok összecsukott kládokat jelentenek > 2 taxonnal. Lásd a 6. kiegészítő fájlt a teljes fához és az 1. kiegészítő fájlt a taxonómiához. Lami. = Lamiidae Campanuli. = Campanulidae.

Ötven százalékos maximális valószínűségű többségi szabály rendszerindítási konszenzusfa Viridiplantae az összes nukleotid pozíció (ntAll) elemzéséből következtethetünk. A fa része látható Chlorophyta, Chlorokybophyceae, Mesostigmatophyceae, Charophyceae, Coleochaetophyceae, Zygnematophyceae, Marchantiophyta, Bryophyta, és Anthocerotophyta. Az adatkészlet a plasztid genom 78 fehérjét kódoló génjéből származik (ntax = 360 58 347 bp hiányzó adatok

15,6%). A rendszerindítási támogatási értékek ≥ 50% láthatók. Lásd még az 5. ábrát a szakok összefoglaló fájához Viridiplantae clades és 1. kiegészítő fájl a taxonómiához. A fa folytatása a 10. ábrán.

Ötven százalékos maximális valószínűségű többségi szabály rendszerindítási konszenzusfa Viridiplantae az összes nukleotid pozíció (ntAll) elemzéséből következtethetünk. A fa része látható Monilophyta, Lycopodiophyta , és Acrogymnospermae. Az adatkészlet a plasztid genom 78 fehérjét kódoló génjéből származik (ntax = 360 58 347 bp hiányzó adatok

15,6%). A rendszerindítási támogatási értékek ≥ 50% láthatók. Lásd még az 5. ábrát a szakok összefoglaló fájához Viridiplantae clades és 1. kiegészítő fájl a taxonómiához. Megjegyzés pozíciója Lycopodiophyta mint nővére Spermatophyta valószínűleg az alapösszetétel torzítása okozza (lásd a szöveget). A fa folytatása a 9. és 11. ábrán.

Ötven százalékos maximális valószínűségű többségi szabály rendszerindítási konszenzusfa Viridiplantae az összes nukleotid pozíció (ntAll) elemzéséből következtethetünk. A fa része látható Amborellales, Nymphaeales, Austrobaileyales, Chloranthales, és Magnoliidae. Az adatkészlet a plasztid genom 78 fehérjét kódoló génjéből származik (ntax = 360 58 347 bp hiányzó adatok

15,6%). A rendszerindítási támogatási értékek ≥ 50% láthatók. Lásd még az 5. ábrát a szakok összefoglaló fájához Viridiplantae clades és 1. kiegészítő fájl a taxonómiához. A fa folytatása a 10. és 12. ábrán.

Ötven százalékos maximális valószínűségű többségi szabály rendszerindítási konszenzusfa Viridiplantae az összes nukleotid pozíció (ntAll) elemzéséből következtethetünk. A fa része látható Egyszikűek. Az adatkészlet a plasztid genom 78 fehérjét kódoló génjéből származik (ntax = 360 58 347 bp hiányzó adatok

15,6%). A rendszerindítási támogatási értékek ≥ 50% láthatók. Lásd még az 5. ábrát a szakok összefoglaló fájához Viridiplantae clades és 1. kiegészítő fájl a taxonómiához. A fa folytatása a 11. és 13. ábrán.

Ötven százalékos maximális valószínűségű többségi szabály rendszerindítási konszenzusfa Viridiplantae az összes nukleotid pozíció (ntAll) elemzéséből következtethetünk. A fa része látható Ceratophyllales, Ranunculales, Sabiaceae, Proteales, Trochodendrales, Buxales, Gunnerales, és Superasteridae. Az adatkészlet a plasztid genom 78 fehérjét kódoló génjéből származik (ntax = 360 58 347 bp hiányzó adatok

15,6%). A rendszerindítási támogatási értékek ≥ 50% láthatók. Lásd még az 5. ábrát a szakok összefoglaló fájához Viridiplantae clades és 1. kiegészítő fájl a taxonómiához. A fa folytatása a 12. és 14. ábrán.

Ötven százalékos maximális valószínűségű többségi szabály rendszerindítási konszenzusfa Viridiplantae az összes nukleotid pozíció (ntAll) elemzéséből következtethetünk. A fa része látható Dilleniaceae és Superrosidae. Az adatkészlet a plasztid genom 78 fehérjét kódoló génjéből származik (ntax = 360 58 347 bp hiányzó adatok

15,6%). A rendszerindítási támogatási értékek ≥ 50% láthatók. Lásd még az 5. ábrát a szakok összefoglaló fájához Viridiplantae clades és 1. kiegészítő fájl a taxonómiához. A fa folytatása a 13. ábrán.

A monofíliája Chlorophyta minden elemzésben 100% BS-t kap. Prasinophyceae következetesen nem monofiletikusak. Ehelyett a prasinofit Nephroselmis húga minden másnak Chlorophyta (9. ábra További 4., 5. és 6. fájl), miközben megmarad Prasinophyceae olyan kládot alkotnak, amely többféleképpen támogatott (ntAll 97% BS, ntNo3rd 78% BS, RY 93% BS és AA 68% BS), és testvére a fennmaradó kládnak Chlorophyta. Chlorophyceae monofiletikusak (100% BS minden elemzésben), de Trebouxiophyceae és Ulvophyceae nem monofiletikusak, és a kapcsolat Chlorophyceae ezekhez a származásokhoz megoldatlan.

A szárazföldi növények kládját alátámasztó streptofita algák között következetesen egyetlen kapcsolatrendszert találtunk. Zygnematophyceae testvérei a szárazföldi növényeknek, Coleochaetophyceae testvére Zygnematophyceae + Embryophyta, Charophyceae testvére Coleochaetophyceae + (Zygnematophyceae + Embryophyta), és egy kládja Mesostigmatophyceae + Chlorokybophyceae húga minden másnak Streptophyta. Ezen kapcsolatok mindegyike ≥86%-os BS-támogatással rendelkezik (5., 6., 7. és 8. ábra).

A nem edényes szárazföldi növényi vonalak elágazási sorrendje az egyes elemzésekben eltérő. Az ntAll és RY adatkészletek elemzésekor Marchantiophyta (májfű), ezt követi Bryophyta (mohák), majd Anthocerotophyta (hornworts) a legkorábban elágazó szárazföldi növényi származásúak, a Anthocerotophyta az edényes növények közvetlen testvére (Tracheophyta 5. és 7. ábra). Az ntAll és RY elemzésekben ezek a kapcsolatok ≥89%-os BS-támogatással rendelkeztek, kivéve a Bryophyta + (Anthocerophyta + Tracheophyta) összefüggést az ntAll analízisben, amely csak 69%-os BS-t kapott (5. ábra). Ezzel szemben az ntNo3rd és az AA elemzésekben Bryophyta és Marchantiophyta kládot alkottak (78% BS [6. ábra] és 99% BS [8. ábra]), majd Anthocerophyta mint nővére Tracheophyta (94% [6. ábra] és 53% BS [8. ábra]).

Belül Tracheophyta, az ntNo3rd, RY és AA adatkészletek mind helyet kapnak Lycopodiophyta nővére a Euphyllophyta klád (Monilophyta + Spermatophyta ≥89% BS, 6., 7. és 8. ábra). Azonban az elemzés az ntAll adatkészlet helyeken Monilophyta nővére egy kládjának Lycopodiophyta + Spermatophyta (75% BS, 5., 6., 7., 8., 9. és 10. ábra).

Elemzéseink a Monilophyta általában erős alátámasztást mutatnak egy klád számára Equisetales + Psilotales mint nővére Marattiales + leptosporangiát páfrányok (képviselete Cyatheales és Polypodiales). Az elnyert legalacsonyabb támogatás az volt Equisetales + Psilotales az ntNo3rd analízisben (84% BS, 6. ábra) és ntAll (89% BS, 5. ábra) az összes többi csomópont az összes elemzésben > 90% BS-t kapott, Marattiales + ≥ 99% BS-t kapó leptosporangiát páfrányok.

Belül Spermatophyta, minden elemzés elhelyezi a megmaradt tornaspermiumokat (Acrogymnospermae) nővére Angiospermae 100% BS-sel. A meglévő gymnospermákon belül, Cycadales és Ginkgoales olyan kládot alkotnak (≥ 98% BS az ntAll-ben, ntNo3rd és AA 51% BS RY-ben), amely testvére egy kládnak, amelyben Gnetophyta (minden elemzésben 100% BS) a parafiletikus tűlevelűek közé vannak beágyazva. Általában magas a támogatottság (100% BS az ntAll-ben [5. ábra], ntNo3rd [6. ábra], és AA [7. ábra] 87% BS [8. ábra] RY-ben). Gnetophyta mint nővére egy kládjának Araucariales + Cuppresses. Ez a „Gnecup” klád [sensu 16, 30, 41] akkor a testvére Pinales, amely minden elemzésben 100% BS-t tartalmaz.

Minden elemzésben Angiospermae 100% BS-t kap, és Amborella (Amborellales) testvére az összes többi zárvatermőnek, amelyet követ Nymphaeales, és akkor Austrobaileyales. Ezeket a kapcsolatokat többnyire 100%-ban támogatja a BS. Azonban, Nymphaeales + (Austrobaileyales + Mesangiospermae) 81% BS-t (6. ábra) kap az ntNo3rd analízisekben és 70% BS-t (8. ábra) az AA-elemzésekben. A fennmaradó zárvatermő növények (Mesangiospermae) minden elemzésben 100%-os BS-t kapnak. Belül Mesangiospermae, közötti kapcsolatokat Egyszikűek, Magnoliidae, Eudicotyledoneae, és Ceratophyllum (Ceratophyllales) nem támogatottak, és az elemzéstől függően változnak. A legerősebb támogatás az elhelyezéséhez Ceratophyllales 75%-a BS, mint testvére Eudicotyledoneae az RY elemzésben (7. ábra).

Chloranthales 61-69% BS-t kap a jól támogatott testvérként (100% BS az ntAll-ben, RY 83% BS az ntNo3rd-ban) Magnoliidae. Azonban, Magnoliidae nem monofiletikusak az AA elemzésekben, ahol Piperales testvére Ceratophyllales (67% BS 8. ábra).

Az egyszikű kládon belül (Egyszikűek), Acorales, utána Alismatales100%-os BS minden elemzésben a fennmaradó egyszikűek következő testvéreiként. Három elemzésünkben (ntAll, ntNo3rd és AA) egy változatosan támogatott klád (72%, 69% és 80% BS) Liliales + (Pandanales + Dioscoreales) testvére a fennmaradó egyszikűek kládjának (>95% BS ebben a három elemzésben)Spárga + Commelinidae). Az RY-kódolt elemzésben azonban Pandanales + Dioscoreales (100% BS) egy klád testvére Liliales + (Spárga + Commelinidae), amely 69% BS-t kap (7. ábra). Itt Spárga + Commelinidae 80% BS támogatja.

Az eudicotokon belül (Eudicotyledoneae), amelyek minden elemzésben 100% BS-t kapnak, Ranunculales testvérei a megmaradt taxonoknak. Az ntAll, ntNo3rd, RY és AA elemzésekben ezeknek a megmaradt taxonoknak a kládja 100%, 85%, 100% és 62% BS-t kap. A kapcsolatok eltérőek Sabiaceae, Protealesés a fennmaradó taxonok kládja, az elemzéstől függően. Az ntAll és ntNo3rd elemzésekben Proteales + Sabiaceae kládként támogatottak, bár csak 63% és 60% BS-sel. Az RY elemzésében azonban Proteales testvérei egy kládnak, amely tartalmazza Sabiaceae plusz a fennmaradó taxonok, amelyek 79%-os BS-t tartalmaznak. Az AA elemzésben a három klád közötti kapcsolatok megoldatlanok.

A megmaradt eudikóták között rendre talpra álltunk Trochodendrales mint nővére Buxales + Pentapetalae és Gunnerales mint testvére a megmaradt leszármazási vonalnak Pentapetalae: Dilleniaceae, Superrosidae, és Superasteridae. Az elhelyezése Dilleniaceae bizonytalan marad. A család testvére Superrosidae az ntAll (95% BS), ntNo3rd (77% BS) és RY (57% BS) elemzésekben, de testvéreként jelenik meg Superasteridae (70% BS) az AA analízisben.

Belül Superrosidae, egy kládja Vitales + Saxifragales Az ntAll (75% BS), ntNo3rd (70% BS) és AA (78% BS) elemzések támogatják. Az RY elemzésben a kapcsolat között Saxifragales, Vitales, és megmaradt Rosidae (Fabidae + Malvidae) megoldatlan. Fabidae és Malvidae mindkettő ≥ 99% BS-sel nyerhető vissza az ntAll és RY analízisben. Azonban minden klád csak 70% BS-t kap az ntNo3rd elemzésben. Az AA elemzésben egyik klád sem monofiletikus Zygophyllales be vannak ágyazva (68% BS) egy kládba Malvidae taxonok. A COM klád (Celastrales, Oxalidales, Malpighiales) egy klád testvére Fagales, Cucurbitales, Rosales, és Fabales ban ben Fabidae az AA (69% BS 8. ábra), RY (82% BS, 7. ábra) és ntAll (81% BS, 5. ábra) fákban, és trichotómiát alkot Zygophyllales és a kládja Fagales, Cucurbitales, Rosales, és Fabales az ntNo3rd fában (70% BS 6. ábra). Zygophyllales testvére Geraniales (69% BS, 8. ábra) az AA fában, és az összes többi testvére Fabidae az ntAll és RY fában (100% [5. ábra] és 99% BS [7. ábra]).

Superasteridae (Santalales, Berberidopsidales, Caryophyllales, és Asteridae) minden elemzésben visszanyerhetők. Ez a klád 100% BS-t kap az ntAll és RY analízisben, 95% BS-t az ntNo3rd analízisben és 66% BS-t az AA analízisben. Santalales és Berberidopsidales erősen támogatott, mint későbbi nővérek Caryophyllales + Asteridae. Belül Asteridae, Cornales, utána Ericales, egy erősen alátámasztott klád következő nővérei, amely erősen támogatott elemeket tartalmaz Campanulidae és Lamiidae kládok. Belül Lamiidae, elhelyezése Boraginaceae gyenge a különböző elemzések között. Boraginaceae testvére Gentianales (59% BS 8. ábra) az AA fában, egy trichotómia része (100% BS 5. ábra) Lamiales és Solanales + Gentianales az ntAll fában, és testvére egy gyengén alátámasztott kládnak, beleértve Gentianales, Lamiales, és Solanales az ntNo3rd (6. ábra) és RY (7. ábra) fákban.

Csak a harmadik kodonpozíciók elemzése (nt3rdOnly, 11. további fájl) több nagyon erős konfliktust eredményezett a kód gerincében. Viridiplantae összehasonlítva az ntNo3rd elemzések topológiájával. Ezek a konfliktusok magukban foglalják a belső gerinckapcsolatokat Chlorophyta, the placements of Cycadales és Lycopodiophyta, the relationships of the three major bryophyte lineages, and backbone relationships within Poales. Removal of four taxa (Epifagus, Helicosporidium, Neottia, és Rhizanthella) with elevated rates of molecular evolution and few genes present in the data sets did not significantly affect the resulting topologies.


Következtetés

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. parapsilosis genom. 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. parapsilosis genom. 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. Arra is van bizonyíték 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. parapsilosis) and a FAD dependent oxidoreductase (in A. niger és 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. parapsilosis 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. parapsilosis és L. elongisporus, but subsequently regained by C. parapsilosis 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 és Saccharomyces lost the majority of the pathway after the divergence from the ancestor of Y. lipolytica. Azonban, 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, és Chamaecyparis obtusa and the total isolation frequency of host-specific species on Q. myrsinaefolia, Q. serrata, és 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.

Kiemelések

► 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

Az MDPI által közzétett összes cikk nyílt hozzáférésű licenc alatt azonnal elérhetővé válik világszerte. Nincs szükség külön engedélyre az MDPI által közzétett cikk egészének vagy egy részének újrafelhasználásához, beleértve az ábrákat és táblázatokat is. A nyílt hozzáférésű Creative Common CC BY licenc alatt közzétett cikkek esetében a cikk bármely része engedély nélkül újrafelhasználható, feltéve, hogy az eredeti cikkre egyértelműen hivatkoznak.

A Feature Papers a legfejlettebb kutatást képviseli, amely jelentős potenciállal rendelkezik a területen. A kiemelt tanulmányokat a tudományos szerkesztők egyéni felhívására vagy ajánlására nyújtják be, és a publikálás előtt szakértői értékelésen esnek át.

A Feature Paper lehet egy eredeti kutatási cikk, egy jelentős, újszerű kutatási tanulmány, amely gyakran több technikát vagy megközelítést is magában foglal, vagy egy átfogó áttekintő dokumentum, amely tömör és pontos frissítéseket tartalmaz a terület legújabb előrehaladásáról, és szisztematikusan áttekinti a tudományos legizgalmasabb fejleményeket. irodalom. Ez a fajta papír kitekintést nyújt a jövőbeli kutatási irányokra vagy lehetséges alkalmazásokra.

Az Editor’s Choice cikkek a világ minden tájáról származó MDPI folyóiratok tudományos szerkesztőinek ajánlásain alapulnak. A szerkesztők kiválasztanak néhány, a folyóiratban nemrég megjelent cikket, amelyekről úgy vélik, hogy különösen érdekesek lesznek a szerzők számára, vagy fontosak lesznek ezen a területen. A cél az, hogy pillanatképet adjunk a folyóirat különböző kutatási területein megjelent legizgalmasabb munkákról.


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.

Absztrakt

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.


Anyagok és metódusok

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/) , Mint. nidulans (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

ahol M is the number of genes that contain the motif in a group of én selected genes, relative to N genes that contain the motif in a genome of l gének. 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.

Ebben a képletben p is each position in the motif, b is the base és 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 (lásd lejjebb). 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 Mint. nidulans ésM. 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 én 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 és 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) és 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. Az 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, vagy 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.


Köszönetnyilvánítás

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.


Nézd meg a videót: Biológia - a Gombák országa (Június 2022).


Hozzászólások:

  1. Daramar

    Bravó, a gondolatod hasznos

  2. Mazonn

    Azt hiszem, tévedsz. Írj nekem PM -ben.

  3. Glaucus

    Szerintem a téma nagyon érdekes. Meghívom mindenkit, hogy vegye fel a vitát a vitában.

  4. Rolland

    Ez unalmas számomra.

  5. Samumuro

    Thanks, the post helped a lot.

  6. Grorr

    Szerintem tévedsz. Javaslom a megbeszélést. Írj PM-et, megbeszéljük.



Írj egy üzenetet