ОСОБЛИВОСТІ КОНТЕКСТНОГО ВЖИВАННЯ ТА ЗАМІЩЕННЯ КОДОНІВ У ГЕНОМАХ СТРЕПТОМІЦЕТІВ

I. Rokytskyy, S. Kulaha, H. Mutenko, M. Rabyk, B. Ostash

Анотація


Актинобактерії роду Streptomyces привертають великий інтерес дослідників, оскільки їхні геноми кодують криптичні кластери генів біосинтезу нових антибіотиків. Також гетерологічна експресія метагеномних бібліотек у модельних штамів Streptomyces дає змогу виявляти нові класи сполук. Важливо розуміти правила, які визначають вживання кодонів у генах стрептоміцетів, щоби підвищити шанси і рівень експресії чужорідних генів у Streptomyces. У цьому дослідженні ми розглянули два питання, пов’язаних із вживанням кодонів у геномах стрептоміцетів. По-перше, ми дослідили закономірності вживання дикодонів у Streptomyces. По-друге, ми шукали істотні відмінності в характері заміщеннь кодонів у різних сімействах ортологічних генів на різних філогенетичних відстанях і різного ступеня важливості. Як результат, ми виявили кілька правил контекстного вживання кодонів, які в основному пов’язані з аномальною частотою G/C після C-кінцевого нуклеотиду попереднього кодона. Ми розробили новий інструмент біоінформатики на основі описаного раніше методу “бульбашкових” графіків, що дає змогу візуалізувати закономірності кодонних заміщень у наборі даних у вигляді матриці. Використовуючи цей інструмент, ми виявили, що гени транскрипційних факторів родини AdpA у випадку порядку Streptomycetales несуть частку несинонімічних замін значно більшу, ніж це спостерігається для груп adpA з інших порядків актинобактерій. Характер заміщень кодонів для різних порядків актинобактерій (порівняно зі Streptomycetales) не описується простими залежностями.


Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Alva V., Nam S. Z., Söding J., Lupas A. N. The MPI bioinformatics Toolkit as an integrative platform for advanced protein sequence and structure analysis // Nucleic Acids Res. 2016. Vol. 44. P. W410–415. https://doi.org/10.1093/nar/gkw348

Azad R. K., Borodovsky M. Probabilistic methods of identifying genes in prokaryotic genomes: connections to the HMM theory // Brief Bioinform. 2004. Vol. 5. P. 118–130. https://doi.org/10.1093/bib/5.2.118

Fickett J. W., Tung C. S. Assessment of protein coding measures // Nucleic Acids Res. 1992. Vol. 25. P. 6441–6450. https://doi.org/10.1093/nar/20.24.6441

Girard G., Traag B.A., Sangal V. et al. A novel taxonomic marker that discriminates between morphologically complex actinomycetes // Open Biol. 2013. Vol. 3. P. 130073. https://doi.org/10.1098/rsob.130073

Goldman N., Yang Z. A codon-based model of nucleotide substitution for protein-coding DNA sequences // Mol. Biol. Evol. 1994. Vol. 11. P. 725–736.

Iqbal H. A., Low-Beinart L., Obiajulu J. U., Brady S. F. Natural product discovery through improved functional metagenomics in Streptomyces // J. Am. Chem. Soc. 2016. Vol. 138. P. 9341–9344. https://doi.org/10.1021/jacs.6b02921

Katz L., Baltz R. H. Natural product discovery: past, present, and future // J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2016. Vol. 43. P. 155–176. https://doi.org/10.1007/s10295-015-1723-5

Kulesa A., Krzywinski M., Blainey P., Altman N. Sampling distributions and the bootstrap // Nat. Methods. 2015. Vol. 12. P. 477–478. https://doi.org/10.1038/nmeth.3414

Kuzniar A., van Ham R.C., Pongor S., Leunissen J. A. The quest for orthologs: finding the corresponding gene across genomes // Trends Genet. 2008. Vol. 24. P. 539–551. https://doi.org/10.1016/j.tig.2008.08.009

Moura G., Pinheiro M., Arrais J. et al. Large scale comparative codon-pair context analysis unveils general rules that fine-tune evolution of mRNA primary structure // PLoS One. 2007. Vol. 2. P. e847. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000847

Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M., UGENE team. Unipro UGENE: a unified bioinformatics toolkit // Bioinformatics. 2012. Vol. 28. P. 1166–1167. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts091

Osswald C., Zipf G., Schmidt G. et al. Modular construction of a functional artificial epothilone polyketide pathway // ACS Synth. Biol. 2014. Vol. 3. P. 759–772. https://doi.org/10.1021/sb300080t

Plotkin J.B., Kudla G. Synonymous but not the same: the causes and consequences of codon bias // Nat. Rev. Genet. 2011. Vol. 12. P. 32–42. https://doi.org/10.1038/nrg2899

Pride D. T., Meinersmann R. J., Wassenaar T. M., Blaser M. J. Evolutionary implications of microbial genome tetranucleotide frequency biases // Genome Res. 2003. Vol. 3. P. 145–158. https://doi.org/10.1101/gr.335003

Segata N., Börnigen D., Morgan X. C., Huttenhower C. PhyloPhlAn is a new method for improved phylogenetic and taxonomic placement of microbes // Nat. Commun. 2013. Vol. 4. P. 2304. https://doi.org/10.1038/ncomms3304

Wernersson R., Pedersen A.G. RevTrans: multiple alignment of coding DNA from aligned amino acid sequences // Nucleic Acids Res. 2003. Vol. 31. P. 3537–3539. https://doi.org/10.1093/nar/gkg609

Zarins-Tutt J. S., Barberi T. T., Gao H. et al. Prospecting for new bacterial metabolites: a glossary of approaches for inducing, activating and upregulating the biosynthesis of bacterial cryptic or silent natural products // Nat. Prod. Rep. 2016. Vol. 33. P. 54–72. https://doi.org/10.1039/C5NP00111K




DOI: http://dx.doi.org/10.30970/vlubs.2017.75.07

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Bookmark and Share