Análise do genoma completo e estratégias de adaptação ao frio de Pseudomonas sivasensis W

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14190 (2023) Citar este artigo

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As comunidades microbianas das zonas húmidas desempenham papéis fundamentais na ecologia e estabilidade da Terra. Para elucidar os mecanismos de adaptação ao frio das bactérias nas zonas húmidas do planalto, conduzimos análises genómicas comparativas de Pseudomonas sivasensis e linhagens estreitamente relacionadas. O genoma de P. sivasensis W-6, uma bactéria adaptada ao frio isolada do pantanal do planalto de Napahai, foi sequenciado e analisado. O comprimento do genoma foi de 6.109.123 pb com um conteúdo de G+C de 59,5%. A predição genética rendeu 5.360 sequências codificadoras de proteínas, 70 tRNAs, 24 ilhas genéticas e 2 sequências CRISPR. O isolado continha evidências de eventos de transferência horizontal de genes durante sua evolução. Dois profagos foram previstos e indicaram que W-6 era um lisogênio. A adaptação ao frio da cepa W-6 apresentou características psicrofílicas e não psicrotróficas. A bactéria W-6 adaptada ao frio pode utilizar glicogênio e trealose como recursos, associados a enzimas ativas em carboidratos, e sobreviver em um ambiente de baixa temperatura. Além disso, os mecanismos adaptados ao frio do W-6 incluíam a fluidez da membrana, alterando o perfil de ácidos graxos insaturados, os sistemas regulatórios de dois componentes, a transcrição anti-sentido, o papel desempenhado pelos genes rpsU no processo de tradução, etc. a análise genômica ampla do W-6 forneceu uma compreensão mais profunda das estratégias de bactérias adaptadas ao frio em ambientes. Nós elucidamos o mecanismo adaptativo da cepa psicrofílica W-6 para sobrevivência em um ambiente frio, o que forneceu uma base para estudos adicionais sobre a coevolução hospedeiro-fago.

Com a melhoria contínua da tecnologia de sequenciamento, a análise genômica microbiana enriqueceu e expandiu progressivamente o conteúdo do banco de dados. Com base nas espécies representativas no desenvolvimento do sistema entre a análise comparativa de genes e famílias de genes, a genômica comparativa para a construção do mapa genético no desenvolvimento do sistema revela a origem e função dos genes e famílias de genes, e seu mecanismo de complicação e diversificação no processo de evolução.

Os ambientes frios estão amplamente distribuídos e representam cerca de 75% da superfície terrestre1. Os microrganismos adaptados ao frio podem ser divididos em duas categorias com base na temperatura de crescimento, microrganismos psicrofílicos e psicrotróficos. Eles utilizam uma série de estratégias metabólicas para crescer em ambientes de baixa temperatura. Acumula glicogênio e gliconeogênese como energia para ajudar a melhorar a capacidade anticongelante2,3,4,5, mantendo a fluidez das membranas celulares6, lidando com o estresse oxidativo causado pela baixa temperatura7, e a expressão de chaperonas moleculares polissacarídeos extracelulares também desempenharam papéis importantes8. Nos últimos anos, devido ao potencial de aplicação de microrganismos de baixa temperatura e seus produtos, têm sido relatados estudos sobre sequenciamento genômico microbiano de ambientes frios8,9.

Pseudomonas spp. pertencem à bactéria Gram-negativa, principalmente aeróbica ou anaeróbica facultativa e amplamente distribuída na natureza. Até agora, apenas 5 genomas de P. sivasensis foram sequenciados com base no NCBI GenBank, entre os quais a cepa BsEB-1 foi a mais completamente sequenciada. Entre o tamanho do genoma de todos os genomas de P. sivasensis publicados, o tamanho foi de aproximadamente 6,2 Mbps. O conteúdo de GC dos diferentes genomas de P. sivasensis variou cerca de 60%.

O glicogênio é uma importante moeda nutricional e fonte de energia. Comparada com outros açúcares, a glicose é uma fonte ideal de carbono. Sob diferentes estresses abióticos, como baixa temperatura, privação de nutrientes, regulação osmótica e manutenção do pH, a síntese de glicogênio é um dos sistemas de armazenamento de energia bem desenvolvidos para as bactérias se adaptarem e sobreviverem . O metabolismo do glicogênio é uma rede complexa de interação que envolve múltiplos genes e vias11. As cinco enzimas mais importantes estão envolvidas no metabolismo do glicogênio: ADP-glicose pirofosforilase (GlgC), glicogênio sintase (GlgA), enzima ramificadora de glicogênio (GlgB), glicogênio fosforilase (GlgP) e enzima desramificadora de glicogênio (GlgX)12. As bactérias desenvolvem uma estratégia passiva de economia de energia, como a privação de nutrientes com lenta degradação do glicogênio. O metabolismo da maltodextrina está relacionado ao metabolismo do glicogênio, e a 4-glucanotransferase (MalQ) medica a reciclagem da maltose em maltodextrinas13.