Korunmuş imza indeksleri - Conserved signature indels
Protein dizilerindeki korunmuş imza eklemeleri ve silmeleri ( CSI'ler ), filogenetik ilişkileri anlamak için önemli bir moleküler belirteç kategorisi sağlar. Nadir genetik değişikliklerle ortaya çıkan CSI'ler, genellikle tanımlanmış boyutta olan faydalı filogenetik belirteçler sağlar ve güvenilirliklerini sağlamak için her iki tarafta korunan bölgelerle çevrilidir. Birlikte indeller rasgele uçlar ya da silmeler olabilir CSI'lar proteininin konserve edilmiş bölgelerinde mevcut olan sadece bu protein indeller olarak tanımlanır.
Belirli bir dal veya tür grubuyla sınırlı olan CSI'ler , genellikle ortak evrimsel kökene ilişkin iyi filogenetik belirteçler sağlar . Bu tür değişikliklerin nadirliği ve oldukça spesifik doğası nedeniyle, yakınsak veya paralel evrim (yani homoplazi) ile bağımsız olarak ortaya çıkmaları daha az olasıdır ve bu nedenle sinapomorfiyi temsil etmeleri muhtemeldir . Farklı sitelerdeki veya farklı türler arasındaki evrim oranlarındaki farklılıklar gibi diğer kafa karıştırıcı faktörler de genellikle bir CSI'nin yorumlanmasını etkilemez. Bir grup dışı türde CSI'lerin varlığını veya yokluğunu belirleyerek, CSI'nin atalarının formunun bir ekleme mi yoksa silme mi olduğu sonucuna varılabilir ve bu, organizmalar arasında köklü bir filogenetik ilişki geliştirmek için kullanılabilir.
Tanımlanmış olan çoğu CSI'nin yüksek tahmin değeri sergilediği bulunmuştur ve genellikle orijinal olarak tanımlanmış türler için özgüllüğü korurlar. Bu nedenle, bu gruplara ait hem bilinen hem de daha önceden bilinmeyen türlerin farklı ortamlarda bulunup bulunmamalarına bağlı olarak tanımlanması mümkün olmalıdır.
Türler
Gruba özel
Gruba özgü CSI'ler, belirli bir Taksona (örn. cins, familya, sınıf, takım, filum) ait farklı türler tarafından yaygın olarak paylaşılır , ancak diğer gruplarda bulunmazlar. Bu CSI'ler, büyük olasılıkla, takson üyeleri ayrılmadan önce tür grubunun bir atasında tanıtıldı . Belirli bir taksonun üyelerini diğer tüm organizmalardan ayırt etmek için moleküler araçlar sağlarlar.
Şekil 1 , X taksonuna ait tüm türlerde bulunan bir 5aa CSI örneğini göstermektedir. Bu, başka hiçbir türde bulunmadığından bu taksonun ayırt edici bir özelliğidir. Bu imza, muhtemelen bu taksondan türlerin ortak bir atasında tanıtıldı. Benzer şekilde, diğer gruba özgü imzalar (gösterilmemiştir) A1 ve A2 veya B1 ve B2, vb. tarafından veya hatta X1 ve X2 veya X3 ve X4 vb. Tarafından paylaşılabilir. A, B, C, D ve grupları X, bu diyagramda çeşitli bakteriyel veya Ökaryotik filumlara karşılık gelebilir .
Geçmişte bir dizi bakteri filumunun ve içindeki alt grupların filogenetik ilişkisini belirlemek için gruba özgü CSI'ler kullanılmıştır. Örneğin, 3 amino asitlik bir eklenti, yüksek oranda korunmuş bir bölge (82-124 amino asit) içindeki temel 50S ribozomal protein L7/ L12'deki Thermotogae filumunun üyeleri tarafından benzersiz bir şekilde paylaşıldı . Bu, başka hiçbir bakteri türünde mevcut değildir ve diğer tüm bakterilerden Thermotogae filumunun üyelerini karakterize etmek için kullanılabilir . Thermotogae filumu içindeki alt grupları karakterize etmek için gruba özgü CSI'ler de kullanıldı .
Çoklu grup veya ana hat
Ana hat CSI'leri, korunmuş bir ekleme veya silmenin birkaç ana filum tarafından paylaşıldığı, ancak diğer filumlarda bulunmadığıdır.
Şekil 2 , X, Y ve Z filumlarına ait türlerde yaygın olarak bulunan, ancak diğer filumlarda (A, B ve C) bulunmayan, korunmuş bir bölgede bulunan bir 5aa CSI örneğini göstermektedir. Bu imza, X, Y ve Z taksonlarının ve ayrıca A, B ve C'nin spesifik bir ilişkisini gösterir. Böyle bir indel'in varlığına veya yokluğuna bağlı olarak, grup dışı türlerde (yani Archaea), indel'in olup olmadığı çıkarılabilir. bir ekleme veya silmedir ve bu iki A, B, C veya X, Y, Z grubundan hangisi atadır.
Ana hat CSI'leri geçmişte bir dizi bakteri filumunun filogenetik ilişkisini belirlemek için kullanılmıştır. Korunmuş bir bölge içinde 150-180 ilgili olan amino asitleri büyük CSI Giraz B (amino asitler arasında 529-751), yaygın olarak, çeşitli arasında paylaştırılır Proteobakteriler , Chlamydiales , Planctomycetes ve Aquificales türleri. Bu CSI diğer ata bakteriyel filum yanı sıra, mevcut değildir Archaea . Benzer olarak, yaklaşık 100 amino asitten oluşan bir büyük CSI rpoB (amino asitler 919-1058 arasında) homologlarına ait çeşitli türlerinde mevcuttur Proteobacteria , Bacteroidetes-Chlorobi , Chlamydiales , Planctomycetes ve Aquificales . Bu CSI diğer ata bakteriyel filum yanı sıra, mevcut değildir Archaea . Her iki durumda da, CSI'den yoksun grupların atalardan geldiği sonucuna varılabilir.
CSI'lara dayalı evrimsel çalışmalar
Bakteriyel soyoluştaki önemli bir konu, farklı bakteri türlerinin birbirleriyle nasıl ilişkili olduğunu ve ortak bir atadan gelen dallanma sıralarını anlamaktır. Şu anda çoğu filogenetik ağaç, 16S rRNA'ya veya diğer genlere/proteinlere dayanmaktadır . Bu ağaçlar her zaman önemli filogenetik soruları yüksek bir kesinlikle çözemez. Ancak son yıllarda, evrensel olarak dağılmış birçok proteindeki korunmuş indellerin (CSI'ler) keşfi ve analizleri bu arayışa yardımcı olmuştur. Onlara yol açan genetik olayların, önemli evrimsel dal noktalarında meydana geldiği varsayılır ve bunların tür dağılım modelleri, dallanma düzeni ve farklı bakteri filumları arasındaki ilişkiler hakkında değerli bilgiler sağlar.
Termotoga
Son zamanlarda Thermotogae grubunun filogenetik ilişkisi , CSI yaklaşımına dayalı olarak karakterize edildi. Daha önce , bu filumun türlerini diğer tüm bakterilerden açıkça ayırt edebilecek hiçbir biyokimyasal veya moleküler belirteç bilinmiyordu. Thermotogae filumunun tamamına veya farklı alt gruplarına özgü 60'tan fazla CSI keşfedildi. 18 CSI, çeşitli Thermotogae türlerinde benzersiz bir şekilde bulunur ve filum için moleküler belirteçler sağlar. Ek olarak, çeşitli termotoga alt gruplarına özgü birçok CSI vardı. 12 CSI, Tt hariç çeşitli Thermotoga türlerinden oluşan bir klad için spesifikti. Lettingae. 14CSI, Fervidobacterium ve Thermosipho cinslerinden oluşan bir klad için özeldi ve 18 CSI, Thermosiphon cinsi için spesifikti.
Son olarak, Thermotogae türlerinin bazıları veya tümü veya Archaea , Aquificae , Firmicutes , Proteobacteria , Deinococcus , Fusobacteria , Dictyoglomus , Chloroflexi ve ökaryotlar gibi diğer taksonlardan bazı türler tarafından paylaşılan 16 CSI rapor edilmiştir . Bu CSI'lerin bazılarının ortak varlığı, bu gruplar arasındaki lateral gen transferinden (LGT) kaynaklanıyor olabilir . Bununla birlikte, diğer taksonlarla yaygın olarak paylaşılan CSI'lerin sayısı, Thermotogae'ye özgü olanlardan çok daha azdır ve herhangi bir özel model sergilemezler. Dolayısıyla Thermotogae ayrımı üzerinde önemli bir etkisi yoktur.
Arkea
Mezofilik Crenarchaeotes , yakın zamanda Thaumarchaeota adı verilen yeni bir Archaea filumuna yerleştirildi . Bununla birlikte, bu arke grubunu Crenarchaeota filumundan ayırt edebilecek çok az moleküler işaretleyici vardır. Bu filumları moleküler olarak ayırt etmek için CSI yaklaşımını kullanan ayrıntılı bir filogenetik çalışma yapılmıştır. 6 CSI, çeşitli Thaumarchaeota'da, yani Cenarchaeum symbiosum , Nitrosopumilus maritimus ve bir dizi kültürlenmemiş deniz krenarkeotunda benzersiz bir şekilde bulundu . Thaumarchaeota ve Crenarchaeota'ya ait türler arasında yaygın olarak paylaşılan 3 CSI bulundu. Ek olarak, Crenarchaeota'nın farklı siparişlerine özgü bir dizi CSI bulunmuştur - Sulfolobales için 3 CSI , Termoprotealler için 5 CSI , son olarak Sulfolobales ve Desulfurococcales için ortak 2 CSI . Tanımlanan imzalar, Crenarchaeota ve Thaumarchaeota'yı ayırt etmek için yeni araçlar sağlar, ayrıca ilgili türlerin sınıflandırılması ve tanımlanması için bir araç olarak kullanılabilirler.
Pastörellalar
Pasteurellales takımının üyeleri şu anda esas olarak 16srRNA ağacının dallanmasındaki konumlarına göre ayırt edilmektedir. Şu anda bu düzenin üyelerini diğer bakterilerden ayırt edebilen bilinen çok az moleküler belirteç vardır. Bu sırada türler arasındaki filogenetik ilişkileri aydınlatmak için yakın zamanda bir CSI yaklaşımı kullanıldı; türlerin tümü veya çoğu tarafından benzersiz bir şekilde paylaşılan 40'tan fazla CSI keşfedildi. Bu Pasteurellales içinde iki ana dal oluşturulur: Aggregatibacter , Pasteurella , Actinobacillus succinogenes, Mannheimia succiniciproducens, Haemophilus influenzae ve Haemophilus somnus'u kapsayan Clade I, 13 CSI tarafından desteklenmiştir. Actinobacillus pleuropneumoniae, Actinobacillus minör, Haemophilus ducreyi , Mannheimia haemolytica ve Haemophilus parasuis'i kapsayan Clade II, 9 CSI tarafından desteklenmiştir. Bu sonuçlara dayanarak Pasteurellales'in mevcut tek ailesinden iki farklı aileye ayrılması önerilmiştir. Ek olarak, açıklanan imzalar, keşfedilmemiş Pasteurellales türlerinin tanımlanması için yeni yollar sağlayacaktır.
Gamaproteobakteriler
Gammaproteobacteria sınıfı , en büyük bakteri gruplarından birini oluşturur. Şu anda diğer bakterilerden yalnızca 16s rRNA tabanlı filogenetik ağaçlar ile ayırt edilmektedir . Sınıfa veya farklı alt gruplarına özgü hiçbir moleküler özellik bilinmemektedir. Bu sınıfın filogenisini daha iyi anlamak için ayrıntılı bir CSI tabanlı çalışma yapılmıştır. İlk olarak, evrensel olarak dağılmış bir dizi proteinin birleştirilmiş dizilerine dayanan bir filogenetik ağaç oluşturuldu. Farklı dallanma düzeni siparişleri arasında sınıf (çoğundan son sapan erken kadar) Gammaproteobacteria oldu: Enterobacteriales > Pasteurellales > Vibrionales , Aeromonadales > Alteromonadales > Oceanospirillales , Pseudomonadales > Chromatiales , Legionellales , Methylococcales , Xanthomonadales , Cardiobacteriales , Thiotrichales . Ek olarak, Gammaproteobacteria sınıfının çoğu türüne özgü 4 CSI keşfedildi. AICAR transformilazındaki 2 aa'lik bir silme, Francisella tularensis hariç tüm gammaproteobakteriler tarafından benzersiz bir şekilde paylaşıldı . A 4 aa silme RNA polimeraz B-alt-birimi ve bir 1 aa silme ribozomal protein L16 cinse ait çeşitli türlerde benzersiz bulunmuştur Enterobacteriales , Pasteurellales , Vibrionales , Aeromonadales ve Alteromonadales , ancak diğer Gammaproteobacteria rastlanmamıştır. Son olarak, lösil-tRNA sentetazında 2 aa'lik bir silme, Gammaproteobacteria sınıfının yukarıdaki düzenlerinde ve Oceanospirillales düzeninin bazı üyelerinde yaygın olarak mevcuttu . Bir başka CSI tabanlı çalışma da Xanthomonadales takımına özel 4 CSI tanımlamıştır. Birlikte ele alındığında, bu iki gerçek, Xanthomonadales'in diğer Gammaproteobacteria'ların atası olan monofiletik bir grup olduğunu ve ayrıca Xanthomonadales'in bağımsız bir alt bölüm olduğunu ve Gammaproteobacteria kladındaki en derin dallardan birini oluşturduğunu gösterir.
mantarlar
Bitkiler , hayvanlar ve mantarlar arasındaki kesin filogenetik ilişki iyi anlaşılmamıştır. Bu ilişkiyi aydınlatmak için CSI tabanlı küçük bir çalışma yapılmıştır. Hayvanları ve mantarları monofiletik bir grup olarak bir araya getirmek ve bitkileri hariç tutmak için dört CSI kullanıldı. Bu CSI'ler iki temel hücresel proteinde, uzama faktörü l ve enolazda bulundu . Bununla birlikte, geleneksel olarak, mantarlar ve hayvanlar arasındaki bu özel ilişki desteklenmemiştir.