Hướng tới sự nhất quán trong phân loại giữa tính đồng nhất nucleotide trung bình và sự tương đồng trình tự gen 16S rRNA để phân định loài prokaryotes

International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology - Tập 64 Số Pt_2 - Trang 346-351 - 2014
Mincheol Kim1, Hyun‐Seok Oh2, Sang‐Cheol Park2, Jongsik Chun2,1
1School of Biological Sciences, Seoul National University, Seoul 151-742, Republic of Korea
2Interdisciplinary Program in Bioinformatics and Bioinformatics Institute, Seoul National University, Seoul 151-742, Republic of Korea

Tóm tắt

Trong số các chỉ số liên quan đến gen hiện có, tính đồng nhất nucleotide trung bình (ANI) là một trong những phương pháp đo lường độ liên quan gen mạnh mẽ nhất giữa các chủng và có tiềm năng lớn trong phân loại vi khuẩn và vi khuẩn cổ như một phương pháp thay thế cho kỹ thuật lai DNA–DNA (DDH) tốn công sức. Một ngưỡng phạm vi ANI (95–96 %) cho việc phân định loài đã được đề xuất trước đây dựa trên điều tra so sánh giữa các giá trị DDH và ANI, mặc dù với các tập dữ liệu khá hạn chế. Hơn nữa, tính tổng quát của nó chưa được kiểm tra trên tất cả các nhánh của prokaryote. Ở đây, chúng tôi đã điều tra sự phân bố tổng thể của các giá trị ANI được tạo ra bởi sự so sánh từng đôi giữa 6787 bộ gen của prokaryote thuộc 22 ngành để xem liệu phạm vi đề xuất có thể được áp dụng cho tất cả các loài hay không. Có sự phân biệt rõ ràng trong sự phân bố ANI tổng thể giữa các mối quan hệ trong loài và liên loài tại khoảng 95–96 % ANI. Chúng tôi tiếp tục xác định mức độ tương đồng trình tự gen 16S rRNA nào tương ứng với ngưỡng ANI hiện tại được chấp nhận cho việc phân định loài bằng cách sử dụng hơn một triệu sự so sánh. Một bài kiểm tra thống kê kiểm tra chéo hai lần tiết lộ rằng 98.65 % sự tương đồng trình tự gen 16S rRNA có thể được sử dụng làm ngưỡng để phân biệt hai loài, điều này nhất quán với các đề xuất trước đó (98.2–99.0 %) bắt nguồn từ các nghiên cứu so sánh giữa DDH và sự tương đồng trình tự gen 16S rRNA. Những phát hiện của chúng tôi sẽ hữu ích trong việc tăng cường việc sử dụng dữ liệu trình tự gen trong phân loại vi khuẩn và vi khuẩn cổ.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Acinas, 2004, Divergence and redundancy of 16S rRNA sequences in genomes with multiple rrn operons, J Bacteriol, 186, 2629, 10.1128/JB.186.9.2629-2635.2004

Ash, 1991, Comparative analysis of Bacillus anthracis, Bacillus cereus, and related species on the basis of reverse transcriptase sequencing of 16S rRNA, Int J Syst Bacteriol, 41, 343, 10.1099/00207713-41-3-343

Chan, 2012, Defining bacterial species in the genomic era: insights from the genus Acinetobacter, BMC Microbiol, 12, 302, 10.1186/1471-2180-12-302

Chun, 2007, EzTaxon: a web-based tool for the identification of prokaryotes based on 16S ribosomal RNA gene sequences, Int J Syst Evol Microbiol, 57, 2259, 10.1099/ijs.0.64915-0

Cui, 2009, Intraspecific polymorphism of 16S rRNA genes in two halophilic archaeal genera, Haloarcula and Halomicrobium, Extremophiles, 13, 31, 10.1007/s00792-008-0194-2

Deloger, 2009, A genomic distance based on MUM indicates discontinuity between most bacterial species and genera, J Bacteriol, 191, 91, 10.1128/JB.01202-08

Devereux, 1990, Diversity and origin of Desulfovibrio species: phylogenetic definition of a family, J Bacteriol, 172, 3609, 10.1128/JB.172.7.3609-3619.1990

Gevers, 2005, Opinion: re-evaluating prokaryotic species, Nat Rev Microbiol, 3, 733, 10.1038/nrmicro1236

Goris, 2007, DNA–DNA hybridization values and their relationship to whole-genome sequence similarities, Int J Syst Evol Microbiol, 57, 81, 10.1099/ijs.0.64483-0

Grim, 2013, Pan-genome analysis of the emerging foodborne pathogen Cronobacter spp. suggests a species-level bidirectional divergence driven by niche adaptation, BMC Genomics, 14, 366, 10.1186/1471-2164-14-366

Haley, 2010, Comparative genomic analysis reveals evidence of two novel Vibrio species closely related to V. cholerae, BMC Microbiol, 10, 154, 10.1186/1471-2180-10-154

Henz, 2005, Whole-genome prokaryotic phylogeny, Bioinformatics, 21, 2329, 10.1093/bioinformatics/bth324

Keswani, 2001, Relationship of 16S rRNA sequence similarity to DNA hybridization in prokaryotes, Int J Syst Evol Microbiol, 51, 667, 10.1099/00207713-51-2-667

Kim, 2012, Introducing EzTaxon-e: a prokaryotic 16S rRNA gene sequence database with phylotypes that represent uncultured species, Int J Syst Evol Microbiol, 62, 716, 10.1099/ijs.0.038075-0

Konstantinidis, 2005, Genomic insights that advance the species definition for prokaryotes, Proc Natl Acad Sci U S A, 102, 2567, 10.1073/pnas.0409727102

Konstantinidis, 2006, The bacterial species definition in the genomic era, Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci, 361, 1929, 10.1098/rstb.2006.1920

Lan, 2012, Using the RDP classifier to predict taxonomic novelty and reduce the search space for finding novel organisms, PLoS ONE, 7, e32491, 10.1371/journal.pone.0032491

Lee, 2011, rRNASelector: a computer program for selecting ribosomal RNA encoding sequences from metagenomic and metatranscriptomic shotgun libraries, J Microbiol, 49, 689, 10.1007/s12275-011-1213-z

McCarthy, 1963, An approach to the measurement of genetic relatedness among organisms, Proc Natl Acad Sci U S A, 50, 156, 10.1073/pnas.50.1.156

McDonald, 2012, An improved Greengenes taxonomy with explicit ranks for ecological and evolutionary analyses of bacteria and archaea, ISME J, 6, 610, 10.1038/ismej.2011.139

Meier-Kolthoff, 2013, Genome sequence-based species delimitation with confidence intervals and improved distance functions, BMC Bioinformatics, 14, 60, 10.1186/1471-2105-14-60

Mende, 2013, Accurate and universal delineation of prokaryotic species, Nat Methods, 10, 881, 10.1038/nmeth.2575

Pei, 2010, Diversity of 16S rRNA genes within individual prokaryotic genomes, Appl Environ Microbiol, 76, 3886, 10.1128/AEM.02953-09

Read, 2011, Classifier chains for multi-label classification, Mach Learn, 85, 333, 10.1007/s10994-011-5256-5

Richter, 2009, Shifting the genomic gold standard for the prokaryotic species definition, Proc Natl Acad Sci U S A, 106, 19126, 10.1073/pnas.0906412106

Rosselló-Mora, 2001, The species concept for prokaryotes, FEMS Microbiol Rev, 25, 39, 10.1016/S0168-6445(00)00040-1

Schildkraut, 1961, The formation of hybrid DNA molecules and their use in studies of DNA homologies, J Mol Biol, 3, 595, 10.1016/S0022-2836(61)80024-7

Stackebrandt, 2006, Taxonomic parameters revisited: tarnished gold standards, Microbiol Today, 33, 152

Stackebrandt, 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, 10.1099/00207713-44-4-846

Stackebrandt, 2002, Report of the ad hoc committee for the re-evaluation of the species definition in bacteriology, Int J Syst Evol Microbiol, 52, 1043

Tindall, 2010, Notes on the characterization of prokaryote strains for taxonomic purposes, Int J Syst Evol Microbiol, 60, 249, 10.1099/ijs.0.016949-0

van Rijsbergen, 1979, Information Retrieval

Wayne, 1987, Report of the ad hoc committee on reconciliation of approaches to bacterial systematics, Int J Syst Bacteriol, 37, 463, 10.1099/00207713-37-4-463

Yi, 2012, Comparative genomics of Neisseria weaveri clarifies the taxonomy of this species and identifies genetic determinants that may be associated with virulence, FEMS Microbiol Lett, 328, 100, 10.1111/j.1574-6968.2011.02485.x