Sự không đồng nhất của các gen mã hóa 16S rRNA trong Paenibacillus polymyxa được phát hiện qua điện di gel nhiệt độ gradient

Journal of Bacteriology - Tập 178 Số 19 - Trang 5636-5643 - 1996
Ulrich Nübel1, Bert Engelen1, Andreas Felske1, Jiri Snaidr1, A Wieshuber1, Rudolf Amann1, Wolfgang Ludwig1, Horst Backhaus1
1Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft, Institut für Biochemie und Pflanzenvirologie, Braunschweig, Germany

Tóm tắt

Những sự không đồng nhất trong các gen 16S rRNA từ các chủng riêng lẻ của Paenibacillus polymyxa đã được phát hiện thông qua sự phân tách phụ thuộc vào trình tự của các sản phẩm PCR bằng phương pháp điện di gel nhiệt độ gradient (TGGE). Một đoạn của các gen 16S rRNA, bao gồm các vùng biến đổi V6 đến V8, đã được sử dụng làm trình tự mục tiêu cho các phản ứng khuếch đại. Các sản phẩm PCR từ P. polymyxa (chủng loại) đã xuất hiện như một mô hình rõ ràng với các dải trên gel gradient. Sáu plasmid với các chèn khác nhau, thể hiện các đặc điểm di chuyển của các dải đơn lẻ trong mô hình, đã được thu được thông qua việc nhân bản các sản phẩm PCR. Các chuỗi của chúng đã được phân tích như một mẫu đại diện cho sự không đồng nhất tổng thể. Một số 10 vị trí nucleotide biến thể trong đoạn dài 347 bp đã được quan sát, với tất cả các sự thay thế vẫn bảo tồn cấu trúc thứ cấp liên quan của các vùng V6 và V8 trong các phân tử RNA. Sự lai ghép với các mồi được thiết kế đặc biệt đã chứng minh các vị trí nhiễm sắc thể khác nhau của các gen rRNA tương ứng. Các phản ứng khuếch đại của rRNA chuyển đảo từ các chuẩn bị ribosome, cũng như lai ghép toàn tế bào cho thấy một sự đại diện vượt trội của các trình tự cụ thể trong ribosome của các văn hóa phòng thí nghiệm đang tăng trưởng theo cấp số nhân. Các chủng khác nhau của P. polymyxa không chỉ cho thấy các mô hình rất khác nhau của sản phẩm PCR trong phân tích TGGE mà còn có sự gán nhãn toàn tế bào phân biệt với các mồi oligonucleotide đã thiết kế, cho thấy sự đại diện khác nhau của các trình tự riêng trong các ribosome hoạt động. Các kết quả của chúng tôi chứng minh tính hữu ích của TGGE trong phân tích cấu trúc của các gen rRNA không đồng nhất cùng với biểu hiện của chúng, nhấn mạnh các vấn đề về việc tạo ra dữ liệu có ý nghĩa cho các trình tự 16S rRNA và thiết kế mồi, và có thể có những hệ quả đối với các khái niệm tiến hóa.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Amann , R. I. , B. J. Binder , R. J. Olson , S. W. Chisholm , R. Devereux , and D. A. Stahl . 1990 . Combination of 16S rRNA-targeted oligonucleotide probes with flow cytometry for analyzing mixed microbial populations . Appl. Environ. Microbiol. 56 : 1919 - 1925 .

Amann , R. I. , L. Krumholz , and D. A. Stahl . 1990 . Fluorescent-oligonucleotide probing of whole cells for determinative, phylogenetic, and environmental studies in microbiology . J. Bacteriol. 172 : 762 - 770 .

Amann , R. I. , W. Ludwig , and K. H. Schleifer . 1995 . Phylogenetic identification and in situ detection of individual microbial cells without cultivation . Microbiol. Rev. 59 : 143 - 169 .

. Anonymous . 1994 . Validation of the publication of new names and new combinations previously effectively published outside the IJSB. List no. 51 . Int. J. Syst. Bateriol. 44 : 852 .

Ash , C. , J. A. E. Farrow , S. Wallbanks , and M. D. Collins . 1991 . Phylogenetic heterogeneity of the genus Bacillus revealed by comparative analysis of small-subunit-ribosomal RNA sequences . Lett. Appl. Microbiol. 13 : 202 - 206 .

Ausubel F. M. R. Brent R. E. Kingston D. D. Moore J. A. Smith J. G. Seidman and K. Struhl. 1988. Preparation and analysis of DNA p. 2.4.1.- 2.4.5. In F. M. Ausubel (ed.) Current protocols in molecular biology. John Wiley & Sons Inc. New York.

Belfort , M. , M. E. Reaban , T. Coetzee , and J. Z. Dalgaard . 1995 . Prokaryotic introns and inteins: a panoply of form and function . J. Bacteriol. 177 : 3897 - 3903 .

Brosius , J. , T. Dull , D. D. Sleeter , and H. F. Noller . 1981 . Gene organization and primary structure of a ribosomal RNA operon from Escherichia coli . Proc. Natl. Acad. Sci. USA 75 : 4801 - 4805 .

Carbon , P. , C. Ehresmann , B. Ehresmann , and J. -P. Ebel . 1979 . The complete nucleotide sequence of the ribosomal 16S rRNA from Escherichia coli . Eur. J. Biochem. 100 : 399 - 410 .

Clayton , R. A. , G. Sutton , P. S. Hinkle , Jr. , C. Bult , and C. Fields . 1995 . Intraspecific variation in small-subunit rRNA sequences in GenBank: why single sequences may not adequately represent prokaryotic taxa . Int. J. Syst. Bacteriol. 45 : 595 - 599 .

Cole , S. T. , and I. Saint Girons . 1994 . Bacterial genomics . FEMS Microbiol. Rev. 14 : 139 - 160 .

Condon , C. , D. Liveris , C. Squires , I. Schwartz , and C. L. Squires . 1995 . rRNA operon multiplicity in Escherichia coli and the physiological implications of rrn inactivation . J. Bacteriol. 177 : 4152 - 4156 .

Dryden , S. , and S. Kaplan . 1990 . Localization and structural analysis of the ribosomal RNA operons of Rhodobacter sphaeroides . Nucleic Acids Res. 18 : 7267 - 7277 .

Fleischmann , R. D. , M. D. Adams , O. White , R. A. Clayton , E. F. Krikness , A. R. Kerlavage , C. J. Bult , J. -F. Tomb , B. A. Dougherty , J. M. Merrick , K. McKenney , G. Sutton , W. FitzHugh , C. Fields , J. D. Gocayne , J. Scott , R. Shirley , L. -I. Liu , A. Glodek , J. M. Kelley , J. F. Weidman , C. A. Philips , T. Spreiggs , E. Hedblom , M. D. Cotton , T. R. Utterback , M. C. Hanna , D. T. Nguyen , D. M. Saudek , R. C. Brandon , L. D. Fine , J. L. Fritchman , J. L. Fuhrmann , N. S. M. Geoghagen , C. L. Gnehm , L. A. McDonald , K. V. Small , C. M. Fraser , H. O. Smith , and J. C. Venter . 1995 . Whole-genome random sequencing and assembly of Haemophilus influenzae Rd . Science 269 : 496 - 512 .

Fox , G. E. , J. D. Wisotzkey , and P. Jurtshuk , Jr. 1992 . How close is close: 16S rRNA sequence identity may not be sufficient to guarantee species identity . Int. J. Syst. Bacteriol. 42 : 166 - 170 .

Garnier , T. , B. Canard , and S. T. Cole . 1991 . Cloning, mapping, and molecular characterization of the rRNA operons of Clostridium perfringens . J. Bacteriol. 173 : 5431 - 5438 .

Giovannoni S. J. 1991. The polymerase chain reaction p. 178-203. In E. Stackebrandt and M. Goodfellow (ed.) Nucleic acid techniques in bacterial systematics. John Wiley & Sons Chichester England.

Giovannoni , S. J. , T. B. Britschgi , C. L. Moyer , and K. G. Field . 1990 . Genetic diversity in Sargasso Sea bacterioplancton . Nature (London) 345 : 60 - 63 .

Gunderson , J. H. , M. L. Sogin , G. Wollett , M. Hollingdale , V. F. de la Cruz , A. P. Waters , and T. F. McCutchan . 1987 . Structurally distinct, stage-specific ribosomes occur in Plasmodium . Science 238 : 933 - 937 .

Gutell , R. R. , N. Larsen , and C. R. Woese . 1994 . Lessons from an evolving rRNA: 16S and 23S rRNA structures from a comparative perspective . Microbiol. Rev. 58 : 10 - 26 .

Larsen , N. , G. J. Olsen , B. L. Maidak , M. J. McCaughey , R. Overbeek , T. J. Macke , T. L. Marsh , and C. R. Woese . 1993 . The ribosomal database project . Nucleic Acids Res. 21 : 3021 - 3023 .

Liesack , W. , and E. Stackebrandt . 1989 . Evidence for unlinked rrn operons in the planctomycete Pirellula marina . J. Bacteriol. 171 : 5025 - 5030 .

Meyer , C. G. , E. Tannich , J. Harders , K. Henco , and R. D. Horstmann . 1991 . Direct sequencing of variable HLA gene segments after in vitro amplification and allele separation by temperature-gradient gel electrophoresis . J. Immunol. Methods 142 : 251 - 256 .

Muyzer , G. , E. C. de Waal , and A. G. Uitterlinden . 1993 . Profiling of complex microbial populations by denaturing gradient gel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA . Appl. Environ. Microbiol. 59 : 695 - 700 .

Mylvaganam , S. , and P. P. Dennis . 1992 . Sequence heterogeneity between the two genes encoding 16S rRNA from the halophilic archaebacterium Haloarcula marismortui . Genetics 130 : 399 - 410 .

Neefs , J. M. , Y. V. de Peer , L. Hendriks , and R. de Wachter . 1990 . Compilation of small ribosomal subunit RNA sequences . Nucleic Acids Res. 18 : 2237 - 2242 .

Ogasawara , N. , S. Nakai , and H. Joshikawa . 1994 . Systematic sequencing of the 180 kilobase region of the Bacillus subtilis chromosome containing the replication origin . DNA Res. 1 : 1 - 14 .

Peterson , R. C. , J. L. Doering , and D. D. Brown . 1980 . Characterization of two Xenopus somatic 5S DNAs and one minor oocyte-specific 5S DNA . Cell 20 : 131 - 141 .

Rosenbaum , V. , and D. Riesner . 1987 . Temperature-gradient gel electrophoresis; thermodynamic analysis of nucleic acids and proteins in purified form and in cellular extracts . Biophys. Chem. 26 : 235 - 246 .

Rössler , D. , W. Ludwig , K. H. Schleifer , C. Lin , T. J. McGill , J. D. Wisotzkey , P. Jurtshuk , Jr. , and G. E. Fox . 1991 . Phylogenetic diversity in the genus Bacillus as seen by 16S rRNA sequencing studies . Syst. Appl. Microbiol. 14 : 266 - 269 .

Rudner R. A.-M. White B. Studamire D. Liu W. Lam W. Samarrai and C. J. Barangan. 1993. Heterogeneity in expression of ribosomal RNA operons in Bacillus subtilis abstr. H-257 p. 236. In Abstracts of the 93rd General Meeting of the American Society for Microbiology 1993. American Society for Microbiology Washington D.C.

Saiki , R. K. , D. H. Gelfand , S. Stoffel , S. J. Scharf , R. Higuchi , G. T. Horn , K. B. Mullis , and H. A. Erlich . 1988 . Primer-directed enzymatic amplification of DNA with a thermostable DNA polymerase . Science 239 : 487 - 491 .

Sambrook J. E. F. Fritsch and T. Maniatis. 1989. Molecular cloning: a laboratory manual 2nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press Cold Spring Harbor N.Y.

Sheffield , V. C. , D. R. Cox , L. S. Lerman , and R. M. Myers . 1989 . Attachment of a 40-base-pair G~C-rich sequence (GC-clamp) to genomic DNA fragments by the polymerase chain reaction results in improved detection of single-base changes . Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86 : 232 - 236 .

Sogin M. L. 1990. Amplification of ribosomal RNA genes for molecular evolution studies p. 307-314. In M. A. Innis D. H. Gelfand J. J. Sninsky and T. J. White (ed.) PCR protocols a guide to methods and applications. Academic Press San Diego Calif.

.Söller R. E. Stackebrandt and G. Krupp. Personal communication.

Stackebrandt , E. , and B. M. Goebel . 1994 . Taxonomic note: a place for DNA-DNA reassociation and 16S rRNA sequence analysis in the present species definition in bacteriology . Int. J. Syst. Bacteriol. 44 : 846 - 849 .

Steger , G. 1994 . Thermal denaturation of double-stranded nucleic acids: prediction of temperatures critical for gradient gel electrophoresis and polymerase chain reaction . Nucleic Acids Res. 22 : 2760 - 2768 .

Suzuki , T. , and K. Yamasato . 1994 . Phylogeny of spore-forming lactic acid bacteria based on 16S rRNA gene sequences . FEMS Microbiol. Lett. 115 : 13 - 17 .

van Wezel , G. P. , E. Vijgenboom , and L. Bosch . 1991 . A comparative study of the ribosomal RNA operons of Streptomyces coelicolor A3(2) and sequence analysis of rRNA . Nucleic Acids Res. 19 : 4399 - 4403 .

Wagner , R. 1994 . The regulation of ribosomal RNA synthesis and bacterial cell growth . Arch. Microbiol. 161 : 100 - 109 .

Wich G. L. Siebold and A. Böck. 1987. Divergent evolution of 5S rRNA genes in Methanococcus. Z. Naturforsch. 42c:373-380.

Widom , R. L. , E. D. Jarvis , G. LaFauci , and R. Rudner . 1988 . Instability of rRNA operons in Bacillus subtilis . J. Bacteriol. 170 : 605 - 610 .

Woese , C. R. 1987 . Bacterial evolution . Microbiol. Rev. 51 : 221 - 271 .

Zarda , B. , R. Amann , G. Wallner , and K. -H. Schleifer . 1991 . Identification of single bacterial cells using digoxigenin-labeled, rRNA-targeted oligonucleotides . J. Gen. Microbiol. 137 : 2823 - 2830 .

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Bacteriology

Tập 178 Số 19

5636-5643

Thông tin tác giả