Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân tích giải trình tự toàn bộ gen quy mô lớn tiết lộ các kết quả dương tính giả của các gen thiết yếu ở vi khuẩn
Tóm tắt
Các gen thiết yếu rất quan trọng đối với sự sống sót của vi khuẩn và là mục tiêu hấp dẫn cho việc phát hiện thuốc chống lại tác nhân gây bệnh. Tuy nhiên, các gen thiết yếu được xác định bởi phương pháp giải trình tự chèn transposon (Tn-seq) thường chứa nhiều kết quả dương tính giả. Chúng tôi giả định rằng một số kết quả dương tính giả đó là các gen thực tế đã bị xóa khỏi bộ gen, do đó không có bất kỳ sự chèn transposon nào trong quá trình phân tích Tn-seq. Dựa trên giả định này, chúng tôi đã thực hiện một phân tích giải trình tự toàn bộ gen quy mô lớn đối với vi khuẩn đang được quan tâm. Phân tích của chúng tôi tiết lộ rằng một số "gen thiết yếu" thực sự đã bị loại bỏ khỏi các bộ gen vi khuẩn được phân tích. Vì những gen này đã bị vi khuẩn loại bỏ, chúng không nên được định nghĩa là thiết yếu. Công trình của chúng tôi cho thấy việc xóa gen là một trong những nguồn gốc dương tính giả của việc xác định tính thiết yếu, mà trước đây rõ ràng đã bị đánh giá thấp trong các nghiên cứu trước. Chúng tôi đề xuất trừ các nền tảng gen trước khi đánh giá Tn-seq và tạo ra một danh sách các gen thiết yếu dương tính giả như một tài liệu tham khảo cho ứng dụng tiếp theo.
Từ khóa
#gen thiết yếu #vi khuẩn #Tn-seq #kết quả dương tính giả #giải trình tự toàn bộ genTài liệu tham khảo
Andrews S (2010) FastQC: A quality control tool for high throughput sequence data. Bioinformatics, Babraham Institute, Cambridge, UK
Baba T, Ara T, Hasegawa M, Takai Y, Okumura Y, Baba M, Datsenko K, Tomita M, Wanner BL, Mori H (2006) Construction of Escherichia coli K-12 in-frame, single-gene knockout mutants: The Keio collection. Mol Syst Biol 2(0008):570
Cain AK, Barquist L, Goodman AL, Paulsen IT, Parkhill J, van Opijnen T (2020) A decade of advances in transposon-insertion sequencing. Nat Rev Genet:1-15
Cameron DE, Urbach JM, Mekalanos JJ (2008) A defined transposon mutant library and its use in identifying motility genes in Vibrio cholerae. PNAS 105(25):8736–8741
Christen B, Abeliuk E, Collier JM, Kalogeraki VS, Passarelli B, Coller JA, Fero MJ, McAdams HH, Shapiro L (2011) The essential genome of a bacterium. Mol Syst Biol 7:528. https://doi.org/10.1038/msb.2011.58
DeJesus MA, Ioerger TR (2013) A hidden Markov model for identifying essential and growth-defect regions in bacterial genomes from transposon insertion sequencing data. BMC Bioinformatics 14(1):303
DeJesus MA, Ioerger TR (2016) Normalization of transposon-mutant library sequencing datasets to improve identification of conditionally essential genes. J Bioinf Comput Biol 14(03):1642004
DeJesus MA, Zhang YJ, Sassetti CM, Rubin EJ, Sacchettini JC, Ioerger TR (2013) Bayesian analysis of gene essentiality based on sequencing of transposon insertion libraries. Bioinformatics 29(6):695–703. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btt043
Dotsch A, Pommerenke C, Bredenbruch F, Geffers R, Haussler S (2009) Evaluation of a microarray-hybridization based method applicable for discovery of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the Pseudomonas aeruginosa genome. BMC Genomics 10:29. https://doi.org/10.1186/1471-2164-10-29
Gawronski JD, Wong SM, Giannoukos G, Ward DV, Akerley BJ (2009) Tracking insertion mutants within libraries by deep sequencing and a genome-wide screen for Haemophilus genes required in the lung. PNAS 106(38):16422–16427
Hutchison CA, Merryman C, Sun L, Assad-Garcia N, Richter RA, Smith HO, Glass JI (2019) Polar effects of transposon insertion into a minimal bacterial genome. J Bacteriol 201(19):e00185-e219
Judson N, Mekalanos JJ (2000) Transposon-based approaches to identify essential bacterial genes. Trends Microbiol 8(11):521–526
Juhas M, Eberl L, Church GM (2012) Essential genes as antimicrobial targets and cornerstones of synthetic biology. Trends Biotechnol 30(11):601–607
Juhas M, Eberl L, Glass JI (2011) Essence of life: essential genes of minimal genomes. Trends Cell Biol 21(10):562–568
Kang Y, Durfee T, Glasner JD, Qiu Y, Frisch D, Winterberg KM, Blattner FR (2004) Systematic mutagenesis of the Escherichia coli genome. J Bacteriol 186(15):4921–4930
Klockgether J, Munder A, Neugebauer J, Davenport CF, Stanke F, Larbig KD, Heeb S, Schock U, Pohl TM, Wiehlmann L, Tummler B (2010) Genome diversity of Pseudomonas aeruginosa PAO1 laboratory strains. J Bacteriol 192(4):1113–1121. https://doi.org/10.1128/jb.01515-09
Koskiniemi S, Sun S, Berg OG, Andersson DI (2012) Selection-driven gene loss in bacteria. PLoS Genet 8(6):e1002787
Kuo C-H, Ochman H (2009) Deletional bias across the three domains of life. Genome Biol Evol 1:145–152
Lee SA, Gallagher LA, Thongdee M, Staudinger BJ, Lippman S, Singh PK, Manoil C (2015) General and condition-specific essential functions of Pseudomonas aeruginosa. PNAS 112(16):5189–5194
Li H, Durbin R (2009) Fast and accurate short read alignment with Burrows-Wheeler transform. Bioinformatics 25(14):1754–1760
Li H, Handsaker B, Wysoker A, Fennell T, Ruan J, Homer N, Marth G, Abecasis G, Durbin R (2009) The sequence alignment/map format and SAMtools. Bioinformatics 25(16):2078–2079
Lobkovsky AE, Wolf YI, Koonin EV (2013) Gene frequency distributions reject a neutral model of genome evolution. Genome Biol Evol 5(1):233–242
Luo H, Gao F, Lin Y (2015) Evolutionary conservation analysis between the essential and nonessential genes in bacterial genomes. Sci Rep 5(1):1–8
Luo H, Lin Y, Gao F, Zhang C-T, Zhang R (2014) DEG 10, an update of the database of essential genes that includes both protein-coding genes and noncoding genomic elements. Nucleic Acids Res 42(D1):D574–D580
Mira A, Ochman H, Moran NA (2001) Deletional bias and the evolution of bacterial genomes. Trends Genet 17(10):589–596. https://doi.org/10.1016/s0168-9525(01)02447-7
Murima P, McKinney JD, Pethe K (2014) Targeting bacterial central metabolism for drug development. Chem Biol 21(11):1423–1432
Pechter KB, Gallagher L, Pyles H, Manoil CS, Harwood CS (2016) Essential genome of the metabolically versatile alphaproteobacterium Rhodopseudomonas palustris. J Bacteriol 198(5):867–76. https://doi.org/10.1128/JB.00771-15
Puigbò P, Lobkovsky AE, Kristensen DM, Wolf YI, Koonin EV (2014) Genomes in turmoil: quantification of genome dynamics in prokaryote supergenomes. BMC Biol 12(1):66
Rocha EP (2004) Order and disorder in bacterial genomes. Curr Opin Microbiol 7(5):519–527. https://doi.org/10.1016/j.mib.2004.08.006
Sela I, Wolf YI, Koonin EV (2016) Theory of prokaryotic genome evolution. PNAS 113(41):11399–11407
Van Opijnen T, Bodi KL, Camilli A (2009) Tn-seq: high-throughput parallel sequencing for fitness and genetic interaction studies in microorganisms. Nat Methods 6(10):767
Van Opijnen T, Camilli A (2013) Transposon insertion sequencing: a new tool for systems-level analysis of microorganisms. Nat Rev Microbiol 11(7):435–442
Zhang YJ, Loerger TR, Huttenhower C, Long JE, Sassetti CM, Sacchettini JC, Rubin EJ (2012) Global assessment of genomic regions required for growth in Mycobacterium tuberculosis. PLoS Path 8(9)
Zomer A, Burghout P, Bootsma HJ, Hermans PW, van Hijum SA (2012) ESSENTIALS: software for rapid analysis of high throughput transposon insertion sequencing data. PloS one 7(8)
