منشا تکاملی کروموزوم های باکتریایی فاش شد

محققان از منشأ تکاملی ساختارهای کروموزومی مختلف موجود در سه گونه از آگروباکتریا رونمایی کردند.

مقایسه جامع اطلاعات توالی آگروباکتریوم با توالی ژنوم سایر باکتری ها مدلی کلی برای چگونگی تشکیل کروموزوم های دوم در باکتری ها پیشنهاد می کند.

آگروباکترها اعضای خانواده Rhizobiaceae هستند که شامل ارگانیسم های خوش خیم و تثبیت کننده نیتروژن Rhizobium و Sinorhizobium نیز می شود. Agrobacterium tumefaciens C58 به دلیل توانایی آن در وارد کردن DNA خود در گیاهان میزبان، پیشرو علم و صنعت بیوتکنولوژی گیاهی است.

اعضای Rhizobiaceae دارای ساختارهای ژنتیکی هستند که شامل کروموزوم های منفرد، کروموزوم های متعدد و مولکول های DNA دایره ای (پلاسمیدها) با اندازه های مختلف است. دانشمندان از اطلاعات توالی ژنوم سه نوع آگروباکتریوم (بیووار) استفاده کردند که دو نوع از آنها اخیراً تکمیل شده است و توالی ها را با باکتری های مختلف مقایسه کردند تا منشا آرایش های کروموزومی مختلف را روشن کنند..

بیشتر باکتری ها فقط یک کروموزوم دارند. Rhizobiaceae یک خانواده باکتریایی غیر معمول است که همه اعضای آن دارای دو کروموزوم یا یک کروموزوم و پلاسمیدهای بسیار بزرگ هستند. تا قبل از این مطالعه، مشخص نبود که چنین معماری‌های چند کروموزومی چگونه تکامل یافته‌اند.

João Setubal، دانشیار موسسه بیوانفورماتیک ویرجینیا و گروه علوم کامپیوتر در ویرجینیا Tech، اظهار داشت: "به لطف تلاش های کنسرسیوم توالی ژنوم Agrobacterium و جامعه تحقیقاتی گسترده تر، ما داده های توالی کافی در دسترس داریم. از گونه های مختلف باکتریایی برای استنباط یک مدل کلی برای تکامل ژنوم باکتری.به نظر می رسد که انتقال ژن ها از کروموزوم ها به پلاسمیدهای بزرگ باعث تشکیل کروموزوم دوم می شود.»

استیو اسلیتر، استاد دانشگاه ویسکانسین، گفت: «بررسی توالی‌های ژنومی مختلف در خانواده Rhizobiales نشان داده است که مهاجرت ژن در بین واحدهای تکراری مختلف بسیار زیاد است. ژن‌ها نه تنها بین ارگانیسم‌ها مهاجرت می‌کنند، بلکه در داخل سلول بین کروموزوم‌ها و پلاسمیدها نیز حرکت می‌کنند. سازمان‌دهی ژنتیکی حتی ژن‌های ضروری در باکتری‌ها بسیار پیچیده‌تر و سیال‌تر از آن چیزی است که تصور می‌شد.»

براد گودنر، دانشیار گفت: "سه بیووار آگروباکتریوم که اکنون توالی هایی برای آنها داریم - A. tumefaciens C58، A. radiobacter K84، و A. vitis S4 - تصویری هیجان انگیز از تکامل کروموزوم در حال پیشرفت ارائه می دهند." در کالج هیرام در Biovars I و III، حرکات ژن آگروباکتریا کروموزوم‌های دوم مشتق شده از پلاسمیدها را تولید کرده‌اند، در حالی که در biovar II سویه K84، replicon مبتنی بر پلاسمید هنوز به وضعیت کروموزوم دوم نرسیده است."

Derek Wood، دانشیار دانشگاه سیاتل اقیانوس آرام، خاطرنشان کرد: «یافته‌های این کار شواهد جدیدی را ارائه می‌کند که کروموزوم‌های دوم در تمام باکتری‌های مورد مطالعه تا به امروز منشأ پلاسمیدی دارند. در حالی که مکانیسم‌های دیگری که منجر به تشکیل کروموزوم دوم می‌شوند، ممکن به نظر می‌رسد، جالب است که این رویکرد بیشترین بهره‌وری را داشته است.»

به دلیل اهمیت بیوتکنولوژیکی آگروباکتریوم، اطلاعات توالی ارائه شده توسط این سویه ها باید منبع ارزشمندی برای محققان Agrobacterium و جامعه تحقیقاتی گسترده تر علوم زیستی باشد.

این کار توسط بنیاد ملی علوم، برنامه خیریه M. J. Murdock Trust Life Sciences، کمک هزینه تحصیلی از موسسه پزشکی هوارد هیوز، Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico، و توسط شرکت مونسانتو حمایت شد. بیش از 450 دانشجوی کارشناسی در کالج هیرام، دانشگاه ایالتی اورگان، دانشگاه سیاتل اقیانوس آرام، دانشگاه ایالتی آریزونا، دانشگاه کارولینای شمالی، دانشگاه واشنگتن در سنت.لوئیس و کالج ویلیامز بین سال‌های 2004 و 2008 در حاشیه‌نویسی سه ژنوم آگروباکتریوم مشارکت داشتند.