Ученые из Орегонского государственного университета пролили свет на эволюционную историю почвенных бактерий, которые настолько опасны для пасущихся животных, что их держат под замком, чтобы предотвратить их распространение.
Где-то по пути Rathayibacter toxicus потерял около трети своих генов. Тем не менее, он сохраняется, несмотря на сокращение генома и низкое генетическое разнообразие. В новом исследовании исследователи предлагают процесс, который подчеркивает важность реакции бактерий на вирусную инфекцию. В центре этого процесса находится сгруппированный локус коротких палиндромных повторов с регулярными интервалами (CRISPR).
Правительство США объявило R. toxicus избранным биологическим агентом для токсинов, и образцы обрабатываются в строго охраняемых федеральных учреждениях. В Орегоне нет никаких свидетельств наличия бактериальных видов, но опасения высоки, потому что червь, который переносит их на растения, обнаружен в штате. Кроме того, червь и бактерии заражают семенные корзинки трав. В 2017 году сено и семена трав были третьим и пятым по величине сельскохозяйственным товаром в Орегоне, их общая стоимость превышала 1 миллиард долларов.
«Возможность обнаруживать и превентивно предотвращать перемещение R. toxicus жизненно важна», - сказал Джефф Чанг, специалист по микробной геномике из Колледжа сельскохозяйственных наук ОГУ и соответствующий автор исследования. «Одно дело видеть зараженную траву, и совсем другое - обнаружить микробы еще до того, как вы заметите их последствия. С помощью эпидемиологии с поддержкой генома мы можем отслеживать движение определенных линий бактерий и пытаться остановить их перемещение."
CRISPR используются в технологии редактирования генома, но менее известны своей экологической ролью. В этом исследовании ученые полагались на секвенирование всего генома, чтобы понять, как связаны разные виды Rathayibacter и как они развиваются.
Теперь, когда мы секвенировали и поняли весь геном, мы можем идентифицировать конкретные последовательности, которые можно использовать для молекулярной диагностики. присутствует, - сказал Чанг.
В исследовании исследователи использовали ДНК, извлеченную из R. toxicus, собранную в течение 30-летнего периода отбора проб в трех регионах Австралии. Их анализ также включал штаммы, собранные из семян, выращенных в Орегоне. R. toxicus не был обнаружен в образцах семян из Орегона, а у двух доминирующих видов Rathayibacter, обнаруженных в Орегоне, отсутствуют гены, необходимые для производства токсина, поразившего пасущихся животных в Австралии.
Было проанализировано более 100 секвенированных геномов Rathayibacter. R. toxicus является наиболее отдаленным генетически, и это, вероятно, потому, что это единственный Rathayibacter, который приобрел адаптивную иммунную систему CRISPR для защиты от вирусов, сказал Эд Дэвис, докторант OSU и один из ведущих авторов исследования.
«В ходе эволюции он не только потерял гены, но и приобрел гены, включая локус CRISPR», - сказал Дэвис. «Он получил гены, которых нет у других бактерий Rathayibacter. Его геном нормальный, за исключением того, что некоторые участки были удалены. Это говорит о том, что этот вид пережил драматическое событие в своей эволюции».