Informacija

15.6: Filogenija gljiva - Biologija

15.6: Filogenija gljiva - Biologija



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.

Utvrđivanje podrijetla i srodstva skupina gljiva je iznenađujuće teško. Međutim, postoji nekoliko glavnih skupina u koje se Kraljevske gljive obično razbijaju, a o njima će se raspravljati u sljedećem odjeljku.

Slika ispod je iz publikacije otvorenog pristupa (doi.org/10.1128/mBio.01739-16) i predstavlja jednu moguću hipotezu za odnose između skupina gljiva. Ova hipoteza se naziva filogenija i temelji se na genetici, kao i na fiziološkim i morfološkim značajkama. Svi mikolozi trenutno ne prihvaćaju niti jednu filogeniju.

Chytrids: uključuje Chytridiomycota i Blastocladiomycota iz gornje filogenije

Chytrids čine najstarije loze gljiva. Za razliku od bilo koje druge grupe unutar ovog kraljevstva, oni jesu vodeni i ima plivačke spore (zoospore) s jednim flagelom. Iako su mnogi u ovoj skupini bezopasni razlagači, najpoznatiji od kitrida je Batrachochytrium dendrobatidis, gljivica koja inficira kožu vodozemaca. Ovaj chytrid pridonosi svjetskom opadanju mnogih vrsta vodozemaca (iako postoje brojni drugi čimbenici koji pridonose tome), posebice žaba.

Ako su dostupni, pogledajte uzorke kitrida pod mikroskopom za seciranje i složenim mikroskopom. Koje značajke možete pronaći?

Zygomycetes: uključuje sve gore navedene ne-flagelirane, rano divergentne gljive, osim Glomeromycotina

Zigomiceti se sastoje od najmanje dvije različite loze gljiva koje sve dijele zajedničku strukturu tijekom spolnog razmnožavanja, zigosporangij. Ovo je velika, ukrašena, narančasta do smeđa struktura u kojoj se javljaju i oplodnja i mejoza. Zigomicete nemaju septacije u svojim hifama, što se naziva bićem koenocitni. Ove se gljive obično nalaze na podlogama s visokim sadržajem šećera, kao što su trulo voće ili kruh koji se oblikuje, ili kao paraziti insekata. Zigomicete se mogu nespolno razmnožavati produkcijom mitosporangije (prikazano dolje), stvarajući haploidne spore mitozom.

Gore su tri zrele zigosporangije nastale tijekom spolnog razmnožavanja Rhizopus stolonifer. U središtu slike, dvije kompatibilne micelije (+ i -) spojile su se i trenutno tvore gametangiju. Oni će preplaviti ove gametangie haploidnim jezgrama, koje će se spojiti unutar zigosporangija i stvoriti diploidne zigote. Svaki od njih će se odmah podvrgnuti mejozi kako bi se proizvele haploidne spore.

Pogledajte uzorke zigomiceta dostupnih u laboratoriju i zabilježite svoja zapažanja u nastavku. Koje bi vam značajke pomogle identificirati ovu grupu?

Glomeromycota: navedena kao Glomeromycotina u filogeniji gljiva

Ova jedinstvena loza unutar Kraljevskih gljiva stvara odnose s korijenjem gotovo svih kopnenih biljnih vrsta i taliama najranijih biljnih loza, koje su evoluirale prije korijenja. Ovaj mikorizni (myco- što znači gljiva, rhiza što znači korijen) odnos postoji već 400 milijuna godina i vjerojatno je bio uključen u kretanje biljaka na kopno. Glomeromicete se nazivaju endomikorizne jer hife gljiva ulaze u biljne stanice. Gljiva ulazi u biljno tkivo, obično kroz korijenje, i prodire u stanične stijenke stanica korteksa u korijenu. Međutim, njihove hife ne prolaze kroz plazma membranu. Umjesto toga, oni tvore visoko razgranate strukture nalik stablu tzv arbuscles. To osigurava veliku površinu za biljku i gljivu za međusobnu interakciju. Kako su u interakciji?

Ove slike su iz otvorenog pristupa (doi: 10.1038/srep29733) koji proučava gljivičnu kolonizaciju biljnih stanica. Na slici desno, gljivično tkivo je obojeno fluorescentnom bojom. U donje dvije (B i C) hife gljiva bile su obojene u tamnu boju i tvore arbuskule unutar stijenki biljnih stanica.

Budući da je heterotrof, gljiva uzima šećere iz biljke. Hife gljiva protežu se izvan korijena biljke u tlo, gdje mogu apsorbirati vodu i hranjive tvari koje se prenose u biljku. Svaki partner dobiva korist od ovog odnosa, pa se to naziva mutualistička simbioza, ili mutualizam.

Simbiotski odnos odnosi se na zajednički odnos između najmanje dva organizma različitih vrsta. Ovaj odnos može koristiti objema stranama, kao što je gore navedeno, samo jednoj, potencijalno nanijeti štetu drugoj. Kako biste nazvali ovu posljednju vrstu simbioze?

Pogledajte vrh korijena mikorize pod složenim mikroskopom, bilo kao pripremljeno stakalce ili iz svježeg uzorka. Ako ste iz svježeg uzorka, upotrijebite 5% KOH + floksin B ili Cotton Blue za bojenje gljivičnog tkiva. Nacrtajte ono što vidite u nastavku i označite sve razlikovne značajke i biljke i gljive.

Dikarija: Ascomycota i Basidiomycota

Ove dvije skupine gljiva nazivaju se dikaryama jer je neki dio njihovog životnog ciklusa dikariotski. Kada se sretnu dva kompatibilna tipa parenja, oni se spajaju i započinju proces oplodnje s plazmogamijom (fuzijom citoplazme). Međutim, jezgre se ne spajaju. Umjesto toga, formira se novi micelij s dvije različite haploidne jezgre u svakoj stanici, čineći ploidiju n + n (za razliku od diploidnog, 2n). Ovo stanje se naziva dikariotsko. Kariogamija (spajanje jezgri) se ne događa sve dok gljiva ne napravi spore. Dvije jezgre se spajaju i zigota odmah prolazi kroz mejozu, stvarajući haploidne spore.

U koji tip životnog ciklusa biste ovo svrstali i zašto?

Iako u svakoj skupini postoje mikroskopske vrste i životne faze (uključujući kvasac koji ste ranije vidjeli), članovi Ascomycota i Basidiomycota tvore makroskopska plodna tijela. Zbog toga će oni biti detaljnije obrađeni u Lab Macrofungi i Lichens.


Candida auris: epidemiologija, biologija, otpornost na gljivice i virulencija

Prvi put opisan 2009. u Japanu, gljivični patogen Candida auris otporan na više lijekova postaje svjetska prijetnja javnom zdravlju koja privlači značajnu pozornost zbog svoje brze i raširene pojave tijekom posljednjeg desetljeća. Razlozi nedavne pojave ove gljive do danas ostaju misterij. Genetske analize pokazuju da se ovaj gljivični patogen pojavio istovremeno na nekoliko različitih kontinenata, gdje je izolirano 5 genetski različitih klada C. auris s različitih geografskih lokacija. Iako C. auris pripada CTG kladi (njegove sastavne vrste prevode CTG kodon kao serin umjesto leucina, kao u standardnom kodu), C. auris je haploidna vrsta gljivica koja je bliže povezana s haploidnim i često višestrukim lijekovima. rezistentne vrste Candida haemulonii i Candida lusitaniae te je u udaljenom srodstvu s diploidnim i klinički čestim gljivičnim patogenima Candida albicans i Candida tropicalis. Infekcije i epidemije uzrokovane C. aurisom u bolničkim sredinama posljednjih su godina u porastu. Poteškoće u njegovoj identifikaciji, svojstva rezistencije na više lijekova, evolucija čimbenika virulencije, povezane visoke stope mortaliteta u bolesnika i dugotrajno preživljavanje na površinama u okolišu čine C. auris posebno problematičnim u kliničkim uvjetima. Ovdje pregledavamo napredak postignut tijekom proteklog desetljeća na biološkim i kliničkim aspektima C. auris. Budući napori trebali bi biti usmjereni na razumijevanje mehaničkih detalja njegove biologije, epidemiologije, otpornosti na gljivice i patogeneze s ciljem razvoja novih alata i metoda za prevenciju, dijagnozu i liječenje infekcija C. auris.

Izjava o sukobu interesa

Clarissa J. Nobile suosnivačica je BioSynesis, Inc., tvrtke koja razvija inhibitore i dijagnostiku biofilma.

Figure

Slika 1. Pregled objavljene literature…

Slika 1. Pregled objavljene literature o C . auris od siječnja 2009. do…

Slika 2. Zemlje s prijavljenim slučajevima…

Slika 2. Zemlje s prijavljenim slučajevima C . auris infekcija ili kolonizacija od siječnja...


Pozadina

Ovaj članak je objavljen kao ispravak za [1]. Nakon razgovora s proizvođačima podataka i urednicima časopisa, uklonili smo 9 neobjavljenih genoma iz naše analize (Botryobasidium botryosum, Gymnopus luxurians, Hypholoma sublateritium, Jaapia argilacea, Hebeloma cylindrosporum, Conidiobolus coronatus, Laccaria amethystina, Paxillus involutus, i P. rubicundulus). Glavni zaključci našeg rada ostaju nepromijenjeni. Ispričavamo se za sve neugodnosti.

Enzimi aktivni ugljikohidrati (CAZymes) odgovorni su za razgradnju, biosintezu ili modifikaciju glikokonjugata, oligo- i polisaharida. Što je najvažnije, CAZymes koje proizvode paraziti igraju središnju ulogu u sintezi i razgradnji stanične stijenke biljke kao i u interakcijama domaćin-patogen [2]. Trenutno su CAZymes grupirani u četiri funkcionalne klase: glikozidne hidrolaze (GH), glikoziltransferaze (GT), polisaharidne liaze (PL) i ugljikohidratne esteraze (CE) na temelju njihovih strukturno povezanih katalitičkih modula ili funkcionalnih domena [2] . Među njima, CAZymes klasa CE, GH i PL često su poznati kao enzimi koji razgrađuju stanične stijenke (CWDE) zbog njihove važne uloge u razgradnji biljne biomase gljivama i bakterijama [3]. Uz katalitičke module, oko 7% CAZymes-a također sadrži module za vezanje ugljikohidrata (CBM), koji su najčešći nekatalitički moduli povezani s enzimima aktivnim u hidrolizi stanične stijenke [2].

Gljive mogu proizvesti sve vrste CAZymes [2, 4]. Među njima, enzimi koji razgrađuju stanične stijenke biljaka dobili su posebnu pozornost zbog njihove važnosti u gljivičnim patogenima za prodiranje i uspješnu infekciju njihovih domaćina. Ugljikohidrati koji se oslobađaju iz biljne stanične stijenke također mogu opskrbiti hranu za rast gljivica. Zapravo, neke saprofitne gljive dobivaju hranu za rast i reprodukciju uglavnom razgradnjom materijala stanične stijenke biljaka s raznim CWDE. Brojne studije su pokazale da djelovanje hidrolitičkih enzima iz različitih gljiva pokazuje sklonost prema različitim vrstama biljne biomase i prilagodbu njihovom načinu života [5, 6]. Kada se uzgajaju na različitim supstratima, pokazalo se da različite gljive proizvode različite enzime za razgradnju biljne biomase, uključujući modelnu filamentoznu gljivu Neurospora crassa[7–13]. Bazidiomicetne gljive bijele truleži kao npr Phanerochaete chrysosporium Utvrđeno je da su glavni proizvođači ligninaza za značajno raspadanje lignina u drvu [14, 15]. Za gljivične patogene, lokalizirana degradacija stanične stijenke neophodna je za pristup biljnoj citoplazmi i širenje kroz tkiva domaćina. U nekoliko biljnih patogenih gljiva pokazalo se da su CWDE kao što su pektinaze i ksilanaze povezane s patogenošću ili virulentnošću [16-18].

Do danas je sekvencirano i javno dostupno preko stotinu genoma gljiva, uključujući reprezentativne gljive iz Ascomycota, Basidiomycota, Zygomycota, i Chytridiomycota. Većina gljiva osim Saccharomycetes i Schizosaccharomycetes ima veliki broj CWDE gena koji su vjerojatno uključeni u infekciju biljaka ili preživljavanje u okolišu. Neki geni koji kodiraju enzime koji razgrađuju polisaharide imaju proširene članove obitelji u određenim gljivama, a pokazalo se da redundantnost gena čuva kritične funkcije [19]. Međutim, nije prijavljena potpuna i sustavna komparativna analiza CAZymesa u cijelom kraljevstvu gljiva. Osim toga, još uvijek je nejasno je li raspodjela CAZymes-a u gljivama povezana s komponentama stanične stijenke biljaka, iako je poznato da se stanične stijenke biljnih stanica dvosupnica i jednosupnica sastoje od različitih komponenti, posebno na pektinima i hemicelulozima [6, 20, 21 ].

U ovoj smo studiji identificirali i usporedili puni repertoare CAZyme iz reprezentativnih gljiva i izvršili sveobuhvatnu usporedbu distribucije i brojnosti obitelji CAZyme kako bismo dobili naznake o njihovom probavnom potencijalu, posebno protiv polisaharida biljnih staničnih stijenki. Analizirane su razlike u broju i raznolikosti CAZymes između saprofitskih, fakultativnih parazitskih, hemibiotrofnih, biotrofnih i simbiotskih gljiva. Također je ispitan odnos između broja i raznolikosti CAZymesa i strategije ishrane gljiva i specifičnosti domaćina.


Rezultati

Skup podataka

Skupili smo sekvence koje kodiraju proteine ​​plastida od 360 vrsta (dodatna datoteka 1) za koje su potpune ili gotovo potpune sekvence genoma plastida bile dostupne na GenBank-u. Od 360 vrsta, bilo je 258 kritosjemenjača (Angiospermae), 53 golosjemenjača (Acrogymnospermae, uključujući tri Gnetophyta), sedam monilofita (Monilophyta), četiri likofita (Lycopodiophyta), tri jetrenice (Marchantiophyta), jedan rog (Anthocerotophyta), dvije mahovine (Bryophyta), šest taksona iz parafiletskih streptofitskih algi i 26 klorofitskih algi (Chlorophyta). Filogenetske matrice znakova sadržavale su sekvence od 78 gena i sljedeći broj položaja poravnanja: 58 347 bp za matricu koja sadrži sve nukleotidne položaje (ntAll) i RY kodiranu (RY) verziju matrice ntAll 38 898 bp koja sadrži samo matrix prvi i drugi položaj kodona (ntNo3rd) i 19.449 aminokiselina (AA). Broj prisutnih gena po taksonu varirao je od 18 do 78 (prosjek = 70), dok se broj prisutnih svojti po genu kretao od 228 do 356 (prosjek = 322 vidi Dodatnu datoteku 2). Taksoni s nekoliko prisutnih gena, kao npr Helicosporidium (18 gena) i Rizanthela (19 gena), predstavljaju visoko modificirane kompletne plastidne genome nefotosintetskih vrsta [70, 71]. Postotak podataka koji nedostaju (praznine i dvosmisleni znakovi) bio je

15,6% za svaki od četiri skupa podataka. Obrazac podataka u svakoj od četiri matrice je odlučujući, što znači da može jedinstveno definirati jedno stablo za sve svojte [72]. Podaci sadrže 100% svih mogućih trojki svojti, a odlučujući su za 100% svih mogućih stabala. Sva poravnanja su pohranjena u Dryad Data Repository [73].

GC pristranost

Sadržaj GC značajno je varirao kako među lozama tako i unutar pojedinačnih genoma, a hi-kvadrat testovi su odbacili nultu hipotezu o homogenim baznim frekvencijama (Tablica 1). Prosječni sadržaj GC u matrici ntAll bio je 38,9%, a kretao se od 54,3% u Selaginella uncinata na 27,5% in Helicosporidium sp. (Slika 1, Dodatna datoteka 3). Također, prosječni GC sadržaj varirao je između prvog, drugog i trećeg položaja kodona, s daleko najvećim varijacijama među linijama na poziciji trećeg kodona (Slika 1, Dodatna datoteka 3). Iako je postojala velika heterogenost u sadržaju GC za sve vrste, bilo je relativno malo varijacija među svojtima sjemenskih biljaka (Slika 2). Također je postojala značajna korelacija između sastava nukleotida i sastava aminokiselina. Plastidni genomi koji su bogati GC-om imali su značajno veći postotak (slika 3 p < 0,001) aminokiselina koje su kodirane kodonima bogatim GC-om (tj. G, A, R i P). Slično, GC-bogati genomi plastida imali su značajno niži postotak (slika 4 p < 0,001) aminokiselina koje su kodirane kodonima bogatim AT (tj. F, Y, M, I, N i K).

Okvirni grafikoni postotka GC sadržaja u skupovima podataka ntAll i ntNo3rd, kao i na prvom, drugom i trećem kodonskom položaju skupa podataka ntAll.

Okvirne slike postotka GC sadržaja u sjemenskim biljkama ( Spermatophyta lijevo) i skup podataka u cjelini ( Viridiplantae desno) u skupovima podataka ntAll i ntNo3rd, kao i na prvom, drugom i trećem položaju kodona u skupu podataka ntAll. Za svaki par kutijastih ploha, vrijednosti za sjemenske biljke (Spermatophyta) su na lijevoj strani, a vrijednosti za sve svojte zelenih biljaka (Viridiplantae) nalaze se na desnoj strani.

Korelacija između postotka sadržaja GC nukleotida u matrici ntAll i postotka aminokiselina u AA matrici koje su kodirane kodonima bogatim GC (G, A, R i P).

Korelacija između postotka sadržaja GC nukleotida u matriksu ntAll i postotka aminokiselina u AA matrici koje su kodirane kodonima bogatim AT (F, Y, M, I, N i K).

Filogenetske analize

U filogenetskim analizama svih skupova podataka i shema particioniranja, strategija particioniranja s najviše particija dosljedno se najbolje uklapa u podatke temeljene na AICc (Tablica 2). Ovi modeli koji se najbolje uklapaju podijelili su AA matricu prema genu (78 particija) i nukleotidnu (ntAll, ntNo3rd) i RY matricu prema položaju kodona i genu (234 particije). Sve a posteriori analize pokretanja sustava pokazale su da je konvergencija vrijednosti podrške postignuta nakon 100 ponavljanja, pa je stoga naš izbor od 200 ponavljanja bio više nego dovoljan za dobivanje pouzdanih početnih vrijednosti.

Usredotočit ćemo se na izvještavanje o odnosima glavnih klada Viridiplantae prikazano u stablima sažetka konsenzusa 50% najveće vjerojatnosti (ML) s većinom pravila za pokretanje za svaki skup podataka: ntAll (Slika 5), ​​ntNo3rd (Slika 6), RY (Slika 7) i AA (Slika 8). Ova stabla sažetka urušavaju neke klade radi lakšeg pregleda glavnih odnosa unutar njih Viridiplantae. Sažetak važnih rezultata i sukoba između ova četiri skupa podataka dat je u tablici 3. Nudimo potpuna stabla konsenzusa pokretanja s pravilom većine za ntAll (slike 9, 10, 11, 12, 13 i 14), ntNo3rd (dodatna datoteka 4), RY (dodatna datoteka 5) i AA (dodatna datoteka 6) skupovi podataka. ML stabla s duljinama grana i BS vrijednostima također su navedena: ntAll (dodatna datoteka 7), ntNo3rd (dodatna datoteka 8), RY (dodatna datoteka 9) i AA (dodatna datoteka 10). Prosječne vrijednosti podrške među svim unutarnjim čvorovima u stablima ML bile su nešto više u filogeniji ntAll (

94% podrške za bootstrap [BS] Dodatna datoteka 7) u usporedbi s drugim skupovima podataka (

90-91% BS Dodatne datoteke 8, 9 i 10). Filogenija ntAll također je imala najviše kladova razriješenih s ≥ 70% BS (92% 327 biparticija razriješenih od 357 mogućih) dok su skupovi podataka ntNo3rd, RY i AA imali 87%, 87% i 86% mogućih biparticija razriješenih na ≥ 70% BS, respektivno. Sva nastala stabla pohranjena su u Dryad Data Repository [73].

Pedeset posto maksimalne vjerojatnosti pravila većine, stablo sažetka konsenzusa za pokretanje Viridiplantae zaključeno iz analize svih nukleotidnih položaja (ntAll). Skup podataka izveden iz 78 gena koji kodiraju proteine ​​genoma plastida (ntax = 360 58 347 bp nedostaju podaci

15,6%). Naznačene su vrijednosti podrške za bootstrap ≥ 50%. Terminali s trokutom predstavljaju kolabirane klade s > 2 taksona. Zabilježite položaj Lycopodiophyta kao sestra za Spermatophyta vjerojatno je uzrokovana pristranošću sastava baze (vidi tekst). Vidi slike 9, 10, 11, 12, 13 i 14 za cijelo stablo i Dodatnu datoteku 1 za taksonomiju. Lami. = Lamiidae Campanuli. = Campanulidae Lyco. = Lycopodiophyta.

Pedeset posto maksimalne vjerojatnosti pravila većine, stablo sažetka konsenzusa za pokretanje Viridiplantae zaključeno iz analize prvog i drugog položaja kodona (ntNo3rd). Skup podataka izveden iz 78 gena koji kodiraju proteine ​​genoma plastida (ntax = 360 38,898 bp nedostaju podaci

15,6%). Naznačene su vrijednosti podrške za bootstrap ≥ 50%. Terminali s trokutom predstavljaju kolabirane klade s > 2 taksona. Pogledajte Dodatnu datoteku 4 za cijelo stablo i Dodatnu datoteku 1 za taksonomiju. Lami. = Lamiidae Campanuli. = Campanulidae.

Pedeset posto maksimalne vjerojatnosti pravila većine, stablo sažetka konsenzusa za pokretanje Viridiplantae zaključeno iz RY-kodirane (RY) analize. Skup podataka izveden iz 78 gena koji kodiraju proteine ​​genoma plastida (ntax = 360 58,347 bp nedostaju podaci

15,6%). Naznačene su vrijednosti podrške za bootstrap ≥ 50%. Terminali s trokutom predstavljaju kolabirane klade s > 2 taksona. Pogledajte Dodatnu datoteku 5 za cijelo stablo i Dodatnu datoteku 1 za taksonomiju. Lami. = Lamiidae Campanuli. = Campanulidae.

Maksimalna vjerojatnost od 50 posto - pravilo većine - stablo sažetka konsenzusa za pokretanje Viridiplantae zaključeno iz analize aminokiselina (AA). Skup podataka izveden iz 78 gena koji kodiraju proteine ​​genoma plastida (ntax = 360 19.449 AA nedostaju podaci

15,6%). Naznačene su vrijednosti podrške za bootstrap ≥ 50%. Terminali s trokutom predstavljaju kolabirane klade s > 2 taksona. Pogledajte Dodatnu datoteku 6 za cijelo stablo i Dodatnu datoteku 1 za taksonomiju. Lami. = Lamiidae Campanuli. = Campanulidae.

50 posto maksimalne vjerojatnosti za pravilo većine, stablo konsenzusa za pokretanje Viridiplantae zaključeno iz analize svih nukleotidnih položaja (ntAll). Prikaz dijela stabla Chlorophyta, Chlorokybophyceae, Mesostigmatophyceae, Charophyceae, Coleochaetophyceae, Zygnematophyceae, Marchantiophyta, Bryophyta, i Anthocerotophyta. Skup podataka izveden iz 78 gena koji kodiraju proteine ​​genoma plastida (ntax = 360 58,347 bp nedostaju podaci

15,6%). Naznačene su vrijednosti podrške za bootstrap ≥ 50%. Vidi također sliku 5 za sažeto stablo dura Viridiplantae klade i Dodatni fajl 1 za taksonomiju. Stablo se nastavlja na slici 10.

50 posto maksimalne vjerojatnosti za pravilo većine, stablo konsenzusa za pokretanje Viridiplantae zaključeno iz analize svih nukleotidnih položaja (ntAll). Prikaz dijela stabla Monilophyta, Lycopodiophyta , i Acrogymnospermae. Skup podataka izveden iz 78 gena koji kodiraju proteine ​​genoma plastida (ntax = 360 58 347 bp nedostaju podaci

15,6%). Naznačene su vrijednosti podrške za bootstrap ≥ 50%. Vidi također sliku 5 za sažeto stablo dura Viridiplantae klade i Dodatni fajl 1 za taksonomiju. Zabilježite položaj Lycopodiophyta kao sestra za Spermatophyta vjerojatno je uzrokovana pristranošću sastava baze (vidi tekst). Stablo se nastavlja na slikama 9 i 11.

50 posto maksimalne vjerojatnosti većina-pravilo bootstrap stablo konsenzusa Viridiplantae zaključeno iz analize svih nukleotidnih položaja (ntAll). Prikaz dijela stabla amborellales, Nymphaeales, austrobaileyales, Chloranthales, i Magnoliidae. Skup podataka izveden iz 78 gena koji kodiraju proteine ​​genoma plastida (ntax = 360 58,347 bp nedostaju podaci

15,6%). Naznačene su vrijednosti podrške za bootstrap ≥ 50%. Vidi također sliku 5 za sažeto stablo dura Viridiplantae klade i Dodatni fajl 1 za taksonomiju. Stablo se nastavlja na slikama 10 i 12.

50 posto maksimalne vjerojatnosti za pravilo većine, stablo konsenzusa za pokretanje Viridiplantae zaključeno iz analize svih nukleotidnih položaja (ntAll). Prikaz dijela stabla Monocotyledoneae. Skup podataka izveden iz 78 gena koji kodiraju proteine ​​genoma plastida (ntax = 360 58,347 bp nedostaju podaci

15,6%). Naznačene su vrijednosti podrške za bootstrap ≥ 50%. Vidi također sliku 5 za sažeto stablo dura Viridiplantae klade i Dodatni fajl 1 za taksonomiju. Stablo se nastavlja na slikama 11 i 13.

50 posto maksimalne vjerojatnosti za pravilo većine, stablo konsenzusa za pokretanje Viridiplantae zaključeno iz analize svih nukleotidnih položaja (ntAll). Prikaz dijela stabla Ceratophyllales, ranunculales, sabiaceae, Proteales, Trochodendrales, Buxales, Gunnerales, i Superasteridae. Skup podataka izveden iz 78 gena koji kodiraju proteine ​​genoma plastida (ntax = 360 58,347 bp nedostaju podaci

15,6%). Naznačene su vrijednosti podrške za bootstrap ≥ 50%. Vidi također sliku 5 za sažeto stablo dura Viridiplantae klade i Dodatni fajl 1 za taksonomiju. Stablo se nastavlja na slikama 12 i 14.

50 posto maksimalne vjerojatnosti za pravilo većine, stablo konsenzusa za pokretanje Viridiplantae zaključeno iz analize svih nukleotidnih položaja (ntAll). Prikaz dijela stabla Dilleniaceae i Superrosidae. Skup podataka izveden iz 78 gena koji kodiraju proteine ​​genoma plastida (ntax = 360 58,347 bp nedostaju podaci

15,6%). Naznačene su vrijednosti podrške za bootstrap ≥ 50%. Vidi također sliku 5 za sažeto stablo dura Viridiplantae klade i Dodatni fajl 1 za taksonomiju. Stablo se nastavlja na slici 13.

Monofilija od Chlorophyta dobiva 100% BS u svim analizama. Prasinophyceae dosljedno nisu monofiletski. Umjesto toga, prazinofit Nefroselmis je sestra za sve ostale Chlorophyta (Slika 9 Dodatne datoteke 4, 5 i 6), dok je ostalo Prasinophyceae formiraju kladu koja je različito podržana (ntAll 97% BS, ntNo3rd 78% BS, RY 93% BS i AA 68% BS) i sestrinska je kladi preostalih Chlorophyta. Chlorophyceae su monofiletski (100% BS u svim analizama), ali Trebouxiophyceae i Ulvophyceae nisu monofiletski, a odnos od Chlorophyceae ovim lozama nije riješen.

Dosljedno smo pronalazili jedan skup odnosa među streptofitnim algama koje su držale kopnene biljke. Zygnematophyceae su sestre kopnenih biljaka, Coleochaetophyceae su sestra za Zygnematophyceae + Embryophyta, Charophyceae su sestra za Coleochaetophyceae + (Zygnematophyceae + Embryophyta), i kladu od Mesostigmatophyceae + Chlorokybophyceae je sestra svima ostalima Streptophyta. Svaki od ovih odnosa ima ≥86% potpore za BS (slike 5, 6, 7 i 8).

Redoslijed grananja loza nevaskularnih kopnenih biljaka razlikuje se među analizama. U analizama skupova podataka ntAll i RY, Marchantiophyta (jetrenice), a zatim Bryophyta (mahovine), a zatim Anthocerotophyta (hornworts) su najranije loze kopnenih biljaka koje se granaju, s Anthocerotophyta neposredna sestra vaskularnih biljaka (Tracheophyta Slike 5 i 7). U analizama ntAll i RY, ovi odnosi su imali ≥89% BS podrške, osim za Bryophyta + (Anthocerophyta + Tracheophyta) u analizi ntAll, koja je dobila samo 69% BS (Slika 5). Nasuprot tome, u analizama ntNo3rd i AA, Bryophyta i Marchantiophyta formirao kladu (78% BS [Slika 6] i 99% BS [Slika 8], respektivno), nakon čega slijedi Anthocerophyta kao sestra za Tracheophyta (94% [Slika 6] i 53% BS [Slika 8], respektivno).

Unutar Tracheophyta, ntNo3rd, RY i AA skupovi podataka sve mjesto Lycopodiophyta sestra a Euphyllophyta klada (Monilophyta + Spermatophyta ≥89% BS, slike 6, 7 i 8). Međutim, analiza ntAll skupa podataka mjesta Monilophyta sestra na kladu od Lycopodiophyta + Spermatophyta (75% BS, slike 5, 6, 7, 8, 9 i 10).

Naše analize o Monilophyta općenito otkrivaju snažnu podršku za kladu od Equisetales + Psilotales kao sestra za Marattiales + leptosporangijatne paprati (predstavlja ih Cyatheales i Polypodiales). Najmanja dobivena potpora bila je za Equisetales + Psilotales u ntNo3rd analizi (84% BS slika 6) i ntAll (89% BS slika 5) svi ostali čvorovi u svim analizama dobili su > 90% BS, s Marattiales + leptosporangijatne paprati koje dobivaju ≥ 99% BS.

Unutar Spermatophyta, sve analize postavljaju postojeće golosjemenke (Acrogymnospermae) sestra za Angiospermae sa 100% BS. Unutar postojećih golosjemenjača, Cycadales i Ginkgoales formiraju kladu (≥ 98% BS u ntAll, ntNo3rd i AA 51% BS u RY) koja je sestrinska kladi u kojoj Gnetophyta (100% BS u svim analizama) ugniježđene su unutar parafiletskih četinjača. Općenito postoji visoka podrška (100% BS u ntAll [Slika 5], ntNo3rd [Slika 6] i AA [Slika 7] 87% BS [Slika 8] u RY) postavljanje Gnetophyta kao sestra klade od Araucariales + Cupressales. Ovaj klad "Gnecup" [sensu 16, 30, 41] je tada sestra Pinales, koji u svim analizama ima 100% BS.

U svim analizama, Angiospermae dobiti 100% BS, i Amborella (Amborellales) je sestra svih ostalih kritosjemenjača, a slijedi ga Nymphaeales, i onda Austrobaileyales. Ove odnose uglavnom podržava 100% BS. Međutim, Nymphaeales + (Austrobaileyales + Mesangiospermae) prima 81% BS (slika 6) u ntNo3rd analizama i 70% BS (slika 8) u AA analizama. Preostale kritosjemenjače (Mesangiospermae) dobiti 100% BS u svim analizama. Unutar Mesangiospermae, odnosi među Monocotyledoneae, Magnoliidae, Eudicotyledoneae, i Ceratophyllum (Ceratophyllales) nisu dobro podržani i razlikuju se ovisno o analizi. Najjači oslonac za plasman od Ceratophyllales je 75% BS kao sestra Eudicotyledoneae u RY analizi (slika 7).

Chloranthales dobiti 61-69% BS kao sestra dobro podržanih (100% BS u ntAll, RY 83% BS u ntNo3rd) Magnoliidae. Međutim, Magnoliidae nisu monofiletski u AA analizama, gdje Piperales su sestra za Ceratophyllales (67% BS slika 8).

Unutar klade monocot (Monocotyledoneae), Acorales, nakon čega slijedi Alismatales, imaju 100% BS u svim analizama kao sljedeće sestre preostalih jednosupnica. U tri naše analize (ntAll, ntNo3rd i AA), različito podržana klada (72%, 69% i 80% BS, respektivno) Liliales + (Pandanales + Dioscoreales) je sestra klade (>95% BS u ove tri analize) preostalih jednosupnica (Asparagales + Commelinidae). Međutim, u analizi kodiranoj RY, Pandanales + Dioscoreales (100% BS) je sestra klade Liliales + (Asparagales + Commelinidae), koji prima 69% BS (Slika 7). Ovdje Asparagales + Commelinidae podržava 80% BS.

Unutar eudikota (Eudicotyledoneae), koji dobivaju 100% BS u svim analizama, Ranunculales su sestrinske za preostale svojte. U analizama ntAll, ntNo3rd, RY i AA, klada ovih preostalih svojti dobiva 100%, 85%, 100% i 62% BS, respektivno. Odnosi se razlikuju među Sabiaceae, Proteales, te kladu preostalih svojti, ovisno o analizi. U analizama ntAll i ntNo3rd, Proteales + Sabiaceae su podržani kao klada, iako sa samo 63% i 60% BS, respektivno. Međutim, u analizi RY, Proteales su sestra klade koja sadrži Sabiaceae plus preostale svojte, koje imaju 79% BS. U AA analizi, odnosi između ove tri klade su neriješeni.

Među preostalim eudikotima, dosljedno smo se oporavljali Trochodendrales kao sestra za Buxales + Pentapetalae i Gunnerales kao sestra preostalih loza Pentapetalae: Dilleniaceae, Superrosidae, i Superasteridae. Postavljanje od Dilleniaceae ostaje neizvjesno. Obitelj je sestra Superrosidae u analizama ntAll (95% BS), ntNo3rd (77% BS) i RY (57% BS), ali se pojavljuje kao sestra Superasteridae (70% BS) u AA analizi.

Unutar Superrosidae, klada od Vitales + Saxifragales je podržan u analizama ntAll (75% BS), ntNo3rd (70% BS) i AA (78% BS). U analizi RY odnos među Saxifragales, Vitales, i preostali Rosidae (Fabidae + Malvidae) nije riješen. Fabidae i Malvidae oba su dobivena s ≥ 99% BS u ntAll i RY analizama. Međutim, svaka klada prima samo 70% BS u ntNo3rd analizi. U AA analizi niti jedna klada nije monofiletska Zygophyllales ugrađeni su (68% BS) unutar klade od Malvidae svojti. COM klada (Celastrales, Oxalidales, Malpighiales) je sestra klade Fagales, Cucurbitales, Rosales, i Fabales u Fabidae u stablima AA (69% BS slika 8), RY (82% BS slika 7) i ntAll (81% BS slika 5) i formira trihotomiju s Zygophyllales i klada od Fagales, Cucurbitales, Rosales, i Fabales u stablu ntNo3rd (70% BS slika 6). Zygophyllales su sestra za Geraniales (69% BS slika 8) u AA stablu i sestra svim ostalim Fabidae u stablima ntAll i RY (sa 100% [Slika 5] i 99% BS [Slika 7], respektivno).

Superasteridae (Santalales, Berberidopsidales, Caryophyllales, i Asteridae) nalaze se u svim analizama. Ova klada prima 100% BS u ntAll i RY analizama, 95% BS u ntNo3rd analizi i 66% BS u AA analizi. Santalales i Berberidopsidales imaju snažnu podršku kao sljedeće sestre Caryophyllales + Asteridae. Unutar Asteridae, Cornales, nakon čega slijedi Ericales, su sljedeće sestre snažno poduprte klade koja se sastoji od snažno poduprte Campanulidae i Lamiidae klade. Unutar Lamiidae, postavljanje Boraginaceae je slab među raznim analizama. Boraginaceae su sestra za Gentianales (59% BS slika 8) u AA stablu, dio trihotomije (100% BS slika 5) s Lamiales i Solanales + Gentianales u stablu ntAll, a sestra na slabo oslonjenu kladu uključujući Gentianales, Lamiales, i Solanales u stablima ntNo3rd (slika 6) i RY (slika 7).

Analiza samo pozicija trećeg kodona (nt3rdOnly, Dodatna datoteka 11) rezultirala je nekoliko vrlo jakih sukoba duž okosnice Viridiplantae u usporedbi s topologijom iz ntNo3rd analiza. These conflicts include the backbone relationships within Chlorophyta, the placements of Cycadales i Lycopodiophyta, the relationships of the three major bryophyte lineages, and backbone relationships within Poales. Removal of four taxa (Epifagus, Helicosporidium, Neottia, i Rhizanthella) with elevated rates of molecular evolution and few genes present in the data sets did not significantly affect the resulting topologies.


Zaključak

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. Postoje i dokazi da 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 i 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 i 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 i Saccharomyces lost the majority of the pathway after the divergence from the ancestor of Y. lipolytica. Međutim, 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, i Chamaecyparis obtusa and the total isolation frequency of host-specific species on Q. myrsinaefolia, Q. serrata, i 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.

Naglasci

► 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

Svi članci koje je objavio MDPI odmah su dostupni širom svijeta pod licencom otvorenog pristupa. Za ponovnu upotrebu cijelog ili dijela članka koji je objavio MDPI, uključujući slike i tablice, nije potrebno posebno dopuštenje. Za članke objavljene pod licencom Creative Common CC BY otvorenog pristupa, bilo koji dio članka može se ponovno koristiti bez dopuštenja pod uvjetom da je izvorni članak jasno citiran.

Feature Papers predstavljaju najnaprednije istraživanje sa značajnim potencijalom za veliki utjecaj na tom području. Kratki radovi podnose se na individualni poziv ili preporuku znanstvenih urednika i prolaze recenziranje prije objavljivanja.

Feature Paper može biti ili originalni istraživački članak, značajna nova istraživačka studija koja često uključuje nekoliko tehnika ili pristupa, ili sveobuhvatan pregledni rad sa sažetim i preciznim ažuriranjima o najnovijem napretku u području koji sustavno razmatra najuzbudljivija dostignuća u znanstvenoj književnost. Ova vrsta rada pruža pogled na buduće smjerove istraživanja ili moguće primjene.

Članci po izboru urednika temelje se na preporukama znanstvenih urednika MDPI časopisa iz cijelog svijeta. Urednici odabiru mali broj nedavno objavljenih članaka u časopisu za koje smatraju da će biti posebno zanimljivi autorima ili važni u ovom području. Cilj je dati snimku nekih od najuzbudljivijih radova objavljenih u različitim istraživačkim područjima časopisa.


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.

Sažetak

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.


Materijali i 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/) , Kao. 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 str values, and a sliding str 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

gdje 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 genima. A str ≤ 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 str = 0,01. A cutoff of str ≤ 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.

U ovoj formuli, str is each position in the motif, b is the base i X is a matrix of indicator variables representing the sequence, where Xpb = 1 if the sequence has base b at position str, 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 (Pogledaj ispod). 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 str ≤ 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 Kao. nidulans iM. 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 str ≤ 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 i 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 ofstr < 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) i 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, ili 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.


Priznanja

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.


Gledaj video: 5 minuta za biologiju - Gljive (Kolovoz 2022).