Roseobacter - Roseobacter
v taxonomie, Roseobacter je rod z Rhodobacteraceae. Klad Roseobacter spadá do podtřídy {alfa} -3 třídy Alphaproteobacteria. První popisy kmenů se objevily v roce 1991 a popisovaly členy Roseobacter litoralis a Roseobacter denitrifikani, oba růžově pigmentované kmeny produkující bakteriochlorofyl a izolované z mořských řas. Role, kterou hrají členové linie Roseobacter mořské biogeochemické cykly a změnu podnebí nelze přeceňovat. Růžové postavy tvoří 25% pobřežních mořské bakterie a členové této linie zpracovávají významnou část celkového uhlíku v mořském prostředí.[2] Roseobacter clade hraje důležitou roli v globálním cyklu uhlíku a síry. Může také degradovat aromatické sloučeniny, absorbovat stopové kovy a vytvářet symbiotický vztah. Pokud jde o jeho použití, produkuje clad Roseobacter bioaktivní sloučeniny, byl široce používán v akvakultuře, snímání kvora.
Popis
Roseobacter je jedním z nejhojnějších a nejuniverzálnějších mikroorganismů v oceánu. Jsou diverzifikovány napříč různými typy mořských stanovišť: od pobřežních po otevřené oceány a od mořského ledu po mořské dno. Tvoří přibližně 25% mořských komunit. Během květů řas je 20-30% prokaryotické komunity Roseobacter.[3]
Členové kladu Roseobacter se různí fyziologie, a běžně se zjistí, že jsou buď volně žijící, s částicemi, nebo v komenzálních vztazích s mořským fytoplanktonem, bezobratlými a obratlovci.[4] Roseobacter je ve způsobu života podobný fytoplanktonu. Oba kolonizují povrch, čistí železo a produkují bioaktivní sekundární metabolity.[3]
Společné klastry
název | Stanoviště | Rozdělení |
---|---|---|
Klastr OCT | 90% nepotřebného klonu pochází z polární oblasti | 55% klonovaných sekvencí - 45% izoluje sekvence |
Klastr CHAB-I-5 | 56% nepotřebného klonu pochází z pobřežní mořské vody | 100% klonové sekvence |
Klastr DC5-80-3 | 79% pochází z planktonních stanovišť (povrchová a hluboká voda) | 86% klonovaných sekvencí |
Klastr RGALL | Symbiotický vztah s eukaryotickými mořskými organismy | 68% kultivovaných kmenů |
OBULB a SPON shluky | 32% nepotřebného klonu pochází z pobřežní mořské vody; 29% nepotřebného klonu pochází z prostředí mořského dna | 70% klonovaných sekvencí |
Klastr NAC11-7 | 60% nepotřebného klonu pochází z mořské vody na pobřeží | 88% klonovaných sekvencí |
Klastr DG1128 | Z makrořas a fytoplanktonu | |
AS-21 cluster | Z pobřežní mořské vody nebo sedimentu | |
Klastr TM1040 | ||
AS-26 cluster | ||
ANT9093 cluster | Z polárního mořského ledu, hub, sedimentů, |
Genomické rysy
Velikost
Většina dosud analyzovaných růžových postav má velké genomy: od 3,5 Mb / s do 5,0 Mb / s. Nejmenší nalezený je genom Loktanella vestfoldensis SKA53 s 3,06 Mbp. Největší druh Roseovarius sp. HTCC2601 s 5,4 Mbp. V Jannaschia sp. CCS1, Silicibacter pomeroyi DSS-3 a Silicibacter sp. TM1040, frakce neortologních genů tvoří 1/3 genomů.
Plazmidy
Plazmidy jsou běžné u Roseobacterů. Velikost plazmidů se pohybuje od 4,3 do 821,7 kB. Mohou tvořit 20% obsahu genomu. Ekologicky relevantní geny lze nalézt kódované na plazmidech. Plastickost genomu může být důvodem k vysvětlení rozmanitosti a přizpůsobivosti Roseobacterů, což podporuje vysoký počet pravděpodobně konjugativních plazmidů.
Lineární konformaci mohou vykazovat plazmidy, což je u Roseobacterů běžné. U některých kmenů probíhá plazmid nesený ve velké míře v obsahu genomu. I když mobilita plazmidu dosud nebyla u kmenů zkoumána, mohou přispívat k fyziologické rozmanitosti Roseobacter.
Důležitost studie genomu
Srovnání a analýza genomů organismů kladu růžových je důležitá, protože umožňuje nahlédnout horizontální přenos genů a specifické adaptační procesy. Vzhledem k tomu, že populace Roseobacter je široce rozšířena po celém světě s odlišnými typy stanovišť, nelze úspěch kladu Roseobacter vysvětlit pouze zkoumáním jedné jediné populace. Klíčem k pochopení toho, proč je tato clade tak hojná, je tedy studium genetické i metabolické rozmanitosti organismů celé clade.[5]
Ekologie
Roseobacter clade se většinou vyskytuje v mořském prostředí. Různé druhy růžových bakterií mají každý svůj vlastní ekologický výklenek. Několik izolátů bylo zachyceno z obrovského počtu ekosystémů v pobřežních oblastech a otevřených oceánech.[5] Růžové postavy jsou významnou součástí bakteriálních komunit spojených s fytoplankton, makrořasy a několik mořských živočichů. Různé životní styly jako např mutualistic a patogenní byly navrženy. Členové kladu se šíří po celém mírném a polárním oceánu a jsou také značné v ekosystémech mořského ledu. Navrhuje se, aby byly rozsáhlé hluboko v pobřežních sedimentech pelagický oceán a hlubinné sedimenty. Roseobacter clade má obrovskou rozmanitost metabolických schopností a regulačních obvodů, což lze připsat jejich prosperitě v obrovském počtu mořských ekosystémů.[6]
Vývoj
Klad Rosebacter lze nalézt v pobřežních oblastech žijících volně v mořské vodě nebo v pobřežních sedimentech. V těchto pobřežních ekosystémech klade Rosebacter interakci s fytoplanktonem, makro řasami a různými mořskými živočichy žijícími jak vzájemným, tak patogenním životním stylem. Rosebacter clade lze také nalézt poměrně hojně v hlubokém pelagickém oceánu, hlubinných sedimentech a dokonce i v polárním oceánu. Důvodem, proč se hojně vyskytují na různých mořských stanovištích, je to, že mají různé metabolické schopnosti a regulační obvody.
Pěstované znaky růže
Předpokládá se, že předchůdce Roseobacter se datuje zhruba před 260 miliony let. Prošli sítí redukce genomu z velkého společného genomu předků, po kterém následují dvě epizody inovace a expanze genomu laterální genový přenos (LGT).[6]
První předpovídaná epizoda expanze genomu měla být před 250 miliony let. Bylo navrženo, že expanze genomu byla s největší pravděpodobností způsobena novými ekologickými stanovišti poskytovanými vzestupem eukaryotických skupin fytoplanktonu, jako jsou dinoflageláty a kokokolithoridy.[6] Tato teorie je podpořena skutečností, že moderní linie rodů růží jsou hojnou součástí fykosféra z těchto dvou skupin fytoplanktonu. Geny související s mobilitou a chemotaxí u předka kladu Roseobacter by potenciálně umožnily reseobacteru vnímat a plavat směrem k těmto fytoplanktonům. Později bylo zjištěno, že některé linie rodů Roseobacter jsou také spojeny s rozsivkami. Všechny dinoflageláty, kokokolitophoridy a rozsivky jsou fytoplankton rudo-plastidové linie a shoda inovací rudoplastidového záření a genomu Roseobacter je v souladu s adaptivním vývojem.[6] Mechanismus změny genomu však stále není identifikován. Navrhují se dvě teorie, že změně genomu dominuje buď exaptace, kde ke změně došlo před změnou prostředí, nebo pozitivní selekce, kde po změně prostředí následuje událost laterálního přenosu genu, která byla poté selektivně upřednostňována.
Předpokládá se, že inovace druhého genomu je novější. Předpokládá se, že bazální linie se sníženými genomy unikla oběma epizodám genomových inovací a stala se přímočarou přímo od společného předka.[6] Proto ne všichni Roseobacter jsou potomky rodů, které prošly inovací genomu. Navrhuje se, aby se zisky genů objevovaly ve prospěch genů, jako jsou transkripční geny, opravné geny a geny obranných mechanismů, které Roseobacterovi pomohou konkurovat souběžným mikrobiální populace na částicích a živých površích. V mořském prostředí.
Nekultivované znaky růží
Sestava de novo z hluboce posloupnosti metagenomy a sekvenování jednobuněčného genomu jsou dva nejlepší způsoby, jak studovat nekultivované postavy Rose, aniž by došlo k nepřijatelné úrovni falešně pozitivních výsledků. A bylo zjištěno, že genomové analýzy zaměřené na kultivované růžolaktanty mohou potenciálně zkreslit náš pohled na ekologii linie. Nedávná studie získala čtyři neobdělávané růžové znaky z povrchových vod severního Pacifiku, jižního Atlantiku a zálivu Maine. Zdá se, že tento clade představuje až 35% sekvencí Roseobacter ve vzorcích z povrchových vod oceánu. Tyto Roseobacter mají nízký obsah G + C, snížené procento nekódující DNA a předpokládá se, že mají efektivní genomy.
Rozmanitost
Klady růžových bakterií vykazují úspěch na mnoha mořských stanovištích kvůli jejich expanzivním metabolickým schopnostem. Tam je obrovský genomický a fyziologický rozmanitost v hlavních kladech, které odkazují na různou velikost, obsah genů, Obsah GC, ekologická strategie a trofická strategie. Diverzita má vliv na ekologii kvůli rolím, které bakteriální linie hrají v oceánských elementárních cyklech, a jejich spojení s mořskými eukaryoty.[6] Klad růžových bakterií představuje až 20% bakteriálních buněk v určitých pobřežních oblastech a 3 až 5% v povrchových vodách otevřeného oceánu.[7]
Značně se rozšiřující částky rod a druh charakterizace v kladu ukazuje fyziologickou a genetickou rozmanitost těchto organismů. Označení nového kmeny pouze na základě 16s rRNA genové sekvence způsobují rostoucí potíže. Některé druhy jsou považovány za začleněné do jednoho rodu, ale jiné tvrdí, že rozdílné vlastnosti by měly způsobit, že tyto dva druhy budou odděleny. V kladu Roseobacter bylo určeno několik svazků klonů a nedefinovaných kmenů. Tento clade je pozoruhodný potenciálem genom korelace blízce příbuzných kmenů.[5]
Funkce
Členové kladu Roseobacter hrají v ekosystému důležitou roli.[4]
Globální cyklus uhlík / síra
Růžové znaky jsou zásadní v globálním cyklu uhlíku, síry i v podnebí. Kvůli velkému podílu v celé mikrobiální komunitě jsou klopy růžových bakterií hlavním přispěvatelem ke globální fixaci CO2. Předchozí studie naznačují, že v clade Roseobacter patří někteří členové do skupiny s názvem Aerobic Anoxygenní fototrofy (AAP), zatímco ostatní členové nejsou fototrofní. AAPs jsou jediné známé organismy, které vyžadují kyslík pro fotosyntézu, ale neprodukují ho. Pro fotoxidaci CO lze použít nefototrofní členy, zatímco AAP mohou provádět fixaci CO2, protože Roseobacter může generovat energii prostřednictvím aerobní anoxygenní fotosyntéza.[8] Roseobacter má schopnost odbourávat dimethylsulfoniopropionát (DMSP), organickou sloučeninu síry, která je hojně produkována mořskými řasami. Prostřednictvím degradace řas osmolyty mohou také vyrábět plyn relevantní pro klima dimethylsulfid (DMS).[9]
Degradace aromatických sloučenin
Roseobacter může degradovat aromatické sloučeniny, a jsou schopné používat aromatické sloučeniny jako primární růstové substráty. Předchozí výzkum zjistil, že roseobacter degraduje sloučeniny spojené s ligninem stejným způsobem. U izolátů růžových bakterií může být pro srovnávací studie ekologie degradace aromatických sloučenin důležitá přítomnost dioxygenáz štěpících kruh a souvisejících genů β-ketoadipátové dráhy.[10]
Stopové vychytávání kovu
Příjem clade Roseobacter stopový kov. Obecně platí, že větší genomy Roseobacter mají větší všestrannost absorpce stopových kovů a větší plasticitu, což může vést k tomu, že fylogeneticky podobné genomy mají velmi odlišné schopnosti. [11]Získání organicky komplexovaných i anorganických kovů kmenů Roseobacter může projít mnoha různými cestami, což naznačuje, že se znaky růží dokáží přizpůsobit a obsáhnout řadu niklových stopových kovů v mořském prostředí. Znamená to také, že dostupnost zdrojů stopových kovů může ovlivnit diverzifikaci genomu Roseobacter. Pro některé členy kmene roseobacterů je optimalizace stopových kovů také cennou ekologickou strategií.[11]
Symbiotické a patogenní vztahy
Roseobacter clade může navázat symbiotické a patogenní vztahy.[12] Kmeny růží mohou vytvářet symbiotické vztahy s různými eukaryotickými mořskými organismy. Fylotypy Roseobacter byly identifikovány u druhů mořské červené řasy Prionitida.[13] Kromě toho si Roseobacter může vytvořit blízký vztah Pfiesteria, kde se zjistí, že jsou uvnitř nebo jsou připojeny k těmto dinoflagelátům.[14]
Patogenní vztah, i když má málo studys a mnohem méně běžný než symbiotický vztah, byl také nalezen u kmenů Roseobacter. Například členové kmene roseobacter a fylotypy byly označeni za jednu z příčin juvenilní ústřicové choroby ve východní ústřici a také u černé skvrnitosti u skleraktinských korálů.[4]
Aplikace
Bioaktivní sloučeniny
Roseobacter clade může produkovat různé druhy bioaktivní sloučeniny. Tyto sloučeniny včetně promotorů růstu řas (tj. auxiny ) a algicidní sloučeniny (tj. růžobakticidy).[15] Existují také antimikrobiální sloučeniny, toxiny a řasy. Tyto sloučeniny mají potenciál pro použití pro farmaceutické nebo jiné průmyslové aplikace. Kromě toho se při těžbě genomu růžových bakterií věřilo, že růžové bakterie jsou také schopné produkovat další sloučeniny, které by mohly být použity jako zdroj nových bioaktivních sloučenin (např. Nových antibiotik).
Šlechtění
Zatímco mladé a dospělé ryby mají zralý imunitní systém a lze je očkovat, larvy mořských ryb a bezobratlých jsou náchylné k bakteriálním infekcím. Mořské bakterie z kmene Roseobacter (alfa-proteobakterie) prokázaly potenciál jako probiotické bakterie poskytnout alternativu k používání antibiotik k prevenci bakteriálních onemocnění.[16] Roseobactor lze použít nejen mezi rybami a bezobratlými larvami, ale také k antagonizaci bakterií patogenních pro ryby, aniž by došlo k poškození ryb nebo jejich živého krmiva.[17] Vzhledem k tomu, že Roseobacter má takové vysoké počty, tvoří 15 až 20% oceánských bakterio-planktonových komunit, lze je použít k založení syntetického biologického šasi pro činnosti biogeoinženýrství, jako je bioremediace oceánského odpadního plastu.[18]
Snímání kvora
Většina bakterií má chemické komunikační systémy. Mezi kterými, snímání kvora (QS) je proces, při kterém bakterie snímají a vnímají svou hustotu obyvatelstva prostřednictvím difuzních signálů. V členech kladu Roseobacter, Acyl-homoserin lakton Snímání kvora na základě (AHL) je velmi rozšířené: více než 80% dostupných růžobakteriálních genomů kóduje alespoň jeden luxI homolog.[19] To ukazuje významnou roli regulačních cest řízených QS při přizpůsobování se příslušnému mořskému prostředí. Ze všech dostupných růžobakteriálních QS založených na AHL jsou nejlépe studovány tři: Phaeobacter inhibuje DSM17395, mořská houba symbiont Ruegeria sp. KLH11 a dinoflagellate symbiont Dinoroseobacter shibae.[19] Abychom však plně pochopili ekologickou roli mechanismů QS, je třeba provést další studie QS a signálního procesu ve větší rozmanitosti růžových znaků.[19]
Reference
- ^ Durham, BP, Grote, J., Whittaker, KA, Bender, SJ, Luo, H., Grim, SL, Brown, JM, Casey, JR, Dron, A., Florez-Leiva, L. a Krupke, A. (2014) „Návrh sekvence genomu mořského alfaproteobakteriálního kmene HIMB11, prvního kultivovaného zástupce jedinečné linie v rámci Roseobacter clade s neobvykle malým genomem “. Standardy v genomických vědách, 9(3): 632. doi:10,4056 / sigs. 4998989.
- ^ Viz NCBI webová stránka o Roseobacter. Data extrahovaná z „Zdroje taxonomie NCBI“. Národní centrum pro biotechnologické informace. Citováno 2007-03-19.
- ^ A b Bentzon-Tilia M, Gram L (2017). Bioprozkoumávání. Témata v oblasti biologické rozmanitosti a ochrany. Springer, Cham. str. 137–166. doi:10.1007/978-3-319-47935-4_7. ISBN 978-3-319-47933-0.
- ^ A b C d Buchan A, González JM, Moran MA (říjen 2005). "Přehled linie mořských růžových bakterií". Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 71 (10): 5665–77. doi:10.1128 / AEM.71.10.5665-5677.2005. PMC 1265941. PMID 16204474.
- ^ A b C Brinkhoff T, Giebel HA, Simon M (červen 2008). „Rozmanitost, ekologie a genomika kladu Roseobacter: krátký přehled“. Archiv mikrobiologie. 189 (6): 531–9. doi:10.1007 / s00203-008-0353-r. PMID 18253713.
- ^ A b C d E F Luo H, Moran MA (prosinec 2014). „Evoluční ekologie mořského kladu růžových bakterií“. Recenze mikrobiologie a molekulární biologie. 78 (4): 573–87. doi:10.1128 / MMBR.00020-14. PMC 4248658. PMID 25428935.
- ^ Moran MA, Belas R, Schell MA, González JM, Sun F, Sun S, Binder BJ, Edmonds J, Ye W, Orcutt B, Howard EC, Meile C, Palefsky W, Goesmann A, Ren Q, Paulsen I, Ulrich LE , Thompson LS, Saunders E, Buchan A (červenec 2007). "Ekologická genomika mořských růžových postav". Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 73 (14): 4559–69. doi:10.1128 / AEM.02580-06. PMC 1932822. PMID 17526795.
- ^ Moran MA, González JM, Kiene RP (červenec 2003). „Propojení bakteriálního taxonu s cyklováním síry v moři: Studie skupiny mořských bakterií Roseobacter“. Geomikrobiologický deník. 20 (4): 375–388. doi:10.1080/01490450303901.
- ^ Wagner-Döbler I, Biebl H (2006). "Biologie prostředí mořské linie Roseobacter". Výroční přehled mikrobiologie. 60: 255–80. doi:10.1146 / annurev.micro.60.080805.142115. hdl:10033/15373. PMID 16719716.
- ^ Buchan A, Collier LS, Neidle EL, Moran MA (listopad 2000). „Klíčový enzym štěpící aromatický kruh, protocatechuát 3,4-dioxygenáza, v ekologicky důležité linii mořských Roseobacter“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 66 (11): 4662–72. doi:10.1128 / AEM.66.11.4662-4672.2000. PMC 92364. PMID 11055908.
- ^ A b Hogle SL, Thrash JC, Dupont CL, Barbeau KA (leden 2016). „Získávání stopových kovů mořským heterotrofním bakterioplanktonem s kontrastními trofickými strategiemi“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 82 (5): 1613–24. doi:10.1128 / AEM.03128-15. PMC 4771312. PMID 26729720.
- ^ Piekarski T, Buchholz I, Drepper T, Schobert M, Wagner-Doebler I, Tielen P, Jahn D (prosinec 2009). „Genetické nástroje pro vyšetřování bakterií kmene Roseobacter“. Mikrobiologie BMC. 9: 265. doi:10.1186/1471-2180-9-265. PMC 2811117. PMID 20021642.
- ^ Ashen JB, Goff LJ (červenec 2000). „Molekulární a ekologické důkazy o druhové specificitě a koevoluci ve skupině mořských řas a bakteriálních symbióz“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 66 (7): 3024–30. doi:10.1128 / AEM.66.7.3024-3030.2000. PMC 92106. PMID 10877801.
- ^ Alavi M, Miller T, Erlandson K, Schneider R, Belas R (2001-06-01). „Bakteriální komunita spojená s dinoflagelátovými kulturami podobnými Pfiesterii“. Mikrobiologie prostředí. 3 (6): 380–396. doi:10.1046 / j.1462-2920.2001.00207.x. PMID 11472503.
- ^ Bentzon-Tilia M, Gram L (2017). Bioprozkoumávání. Témata v oblasti biologické rozmanitosti a ochrany. Springer, Cham. str. 137–166. doi:10.1007/978-3-319-47935-4_7. ISBN 978-3-319-47933-0.
- ^ D'Alvise P (2013). Aplikace akvakultury a ekofyziologie mořských bakterií z kmene Roseobacter. Jídlo DTU.
- ^ Sonnenschein EC, Nielsen KF, D'Alvise P, Porsby CH, Melchiorsen J, Heilmann J, Kalatzis PG, López-Pérez M, Bunk B, Spröer C, Middelboe M, Gram L (únor 2017). „Globální výskyt a heterogenita druhu Roseobacter clade Ruegeria mobilis“. Časopis ISME. 11 (2): 569–583. doi:10.1038 / ismej.2016.111. PMC 5270555. PMID 27552638.
- ^ Borg Y, Grigonyte AM, Boeing P, Wolfenden B, Smith P, Beaufoy W, Rose S, Ratisai T, Zaikin A, Nesbeth DN (07.07.2016). „Přístupy typu open source k založení bakterií kmene Roseobacter jako šasi syntetické biologie pro biogeoinženýrství“. PeerJ. 4: e2031. doi:10,7717 / peerj.2031. PMC 4941783. PMID 27441104.
- ^ A b C Zan J, Liu Y, Fuqua C, Hill RT (leden 2014). "Acyl-homoserin laktonové kvorum snímající v kladu Roseobacter". International Journal of Molecular Sciences. 15 (1): 654–69. doi:10,3390 / ijms15010654. PMC 3907830. PMID 24402124.
Další čtení
- Buchan A, Hadden M, Suzuki MT (prosinec 2009). „Vývoj a aplikace nástrojů kvantitativní PCR pro podskupiny kladu Roseobacter“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 75 (23): 7542–7. doi:10.1128 / AEM.00814-09. PMC 2786420. PMID 19801463.
- Martens T, Heidorn T, Pukall R, Simon M, Tindall BJ, Brinkhoff T (červen 2006). „Reklasifikace Roseobacter gallaeciensis Ruiz-Ponte et al. 1998 jako Phaeobacter gallaeciensis gen. Nov., Komb. Nov., Popis Phaeobacter inhibuje sp. Nov., Reklasifikace Ruegeria algicola (Lafay et al. 1995) Uchino et al. 1999 jako Marinovum algicola gen. nov., komb. nov. a upravený popis rodů Roseobacter, Ruegeria a Leisingera ". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 56 (Pt 6): 1293–304. doi:10.1099 / ijs.0.63724-0. PMID 16738106.
- Shiba, T (1991). „Roseobacter litoralis gen. Nov., Sp. Nov. A Roseobacter dentrificans sp. Nov., Aerobní růžově pigmentované bakterie, které obsahují bakteriochlorofyl a“. Syst. Appl. Microbiol. 14 (2): 140–145. doi:10.1016 / s0723-2020 (11) 80292-4.
- Garrity GM, Holt JG (2001). "Taxonomický obrys archaeí a bakterií". V DR Boone, RW Castenholz (eds.). Bergey's Manual of Systematic Bacteriology Volume 1: The Archaea and the deeply branching and phototrophic Bacteria (2. vyd.). New York: Springer Verlag. str.155–166. ISBN 978-0-387-98771-2.
externí odkazy
- PubMed reference pro Roseobacter
- PubMed Central reference pro Roseobacter
- Reference Google Scholar pro Roseobacter
- Stránka taxonomie NCBI pro Roseobacter
- Na stránkách taxonomie Tree of Life vyhledejte Roseobacter
- Na stránce Species2000 vyhledejte Roseobacter
- Stránka MicrobeWiki pro Roseobacter
- Stránka LPSN pro Roseobacter
- Roseobase: genomický zdroj pro mořské postavy Roseobacter