アンデスのプナ高地湖からのプラスミドームの初報告

First Report on the Plasmidome From a High-Altitude Lake of the Andean Puna.

• María Florencia Perez
• Daniel Kurth
• María Eugenia Farías
• Mariana Noelia Soria
• Genis Andrés Castillo Villamizar
• Anja Poehlein
• Rolf Daniel
• Julián Rafael Dib

抄録

原核生物のゲノムは、細菌間の遺伝子交換を可能にする遺伝子の水平移動によって、プラスミドをはじめとする移動性遺伝要素が進化の原動力となっている。また、プラスミドには、宿主に有利な機能を提供する可能性のある付属遺伝子が組み込まれています。このように、ある生態学的ニッチでは、プラスミドは宿主がそのニッチで増殖するために重要な付属機能を持っていることが期待されています。プクイオ・デ・カンポ・ナランハは、高紫外線、アルカリ性、高濃度のヒ素、重金属、溶存塩類、高熱振幅、低酸素圧など、複数の極端な条件にさらされているアンデス・プナの高海抜湖である。この湖に生息する微生物は、これらの条件に対処するための効率的なメカニズムと戦略を開発する必要がある。本研究の目的は、プキオ・デ・カンポ・ナランハ湖に生息する微生物のプラスミドームの特徴を明らかにし、ディープシーケンス法を用いて潜在的な宿主とコード化された機能を同定することであった。栽培可能な微生物と栽培不可能な微生物のプラスミドを含むプラスミドームの潜在的な生態学的影響を、プナの極限環境を代表する湖で初めて記述した。本研究では、同一環境由来のメタゲノムと比較して、プラスミドームの遺伝情報が新規であることを明らかにした。プラスミド集団全体の研究により、抵抗性遺伝子や病原性因子など、プラスミドがコードする遺伝的特徴を同定することができた。抵抗性遺伝子は、重金属、抗生物質、ストレス因子に対する抵抗性で構成されていた。これらの結果は、プラスミドが宿主にとって重要な役割を果たし、特定の生態学的ニッチで繁栄するための染色体外要素の影響を浮き彫りにした。

Mobile genetic elements, including plasmids, drive the evolution of prokaryotic genomes through the horizontal transfer of genes allowing genetic exchange between bacteria. Moreover, plasmids carry accessory genes, which encode functions that may offer an advantage to the host. Thus, it is expected that in a certain ecological niche, plasmids are enriched in accessory functions, which are important for their hosts to proliferate in that niche. Puquio de Campo Naranja is a high-altitude lake from the Andean Puna exposed to multiple extreme conditions, including high UV radiation, alkalinity, high concentrations of arsenic, heavy metals, dissolved salts, high thermal amplitude and low O pressure. Microorganisms living in this lake need to develop efficient mechanisms and strategies to cope under these conditions. The aim of this study was to characterize the plasmidome of microbialites from Puquio de Campo Naranja, and identify potential hosts and encoded functions using a deep-sequencing approach. The potential ecological impact of the plasmidome, including plasmids from cultivable and non-cultivable microorganisms, is described for the first time in a lake representing an extreme environment of the Puna. This study showed that the recovered genetic information for the plasmidome was novel in comparison to the metagenome derived from the same environment. The study of the total plasmid population allowed the identification of genetic features typically encoded by plasmids, such as resistance and virulence factors. The resistance genes comprised resistances to heavy metals, antibiotics and stress factors. These results highlight the key role of plasmids for their hosts and impact of extrachromosomal elements to thrive in a certain ecological niche.

Copyright © 2020 Perez, Kurth, Farías, Soria, Castillo Villamizar, Poehlein, Daniel and Dib.