Genomics and Taxonomy of Pigmented Pectobacterium Isolates

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202005142104
Title: Genomics and Taxonomy of Pigmented Pectobacterium Isolates
Author: Ekmark, Risto
Other contributor: Helsingin yliopisto, Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta, Elintarvike- ja ravitsemustieteiden osasto
University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Nutrition
Helsingfors universitet, Agrikultur- och forstvetenskapliga fakulteten, Avdelningen för livsmedels- och näringsvetenskaper
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202005142104
http://hdl.handle.net/10138/314975
Thesis level: master's thesis
Discipline: Mikrobiologia
Microbiology
Mikrobiologi
Abstract: Perunan (Solanum tuberosom) on maailman neljänneksi tärkein viljelykasvi ja yksi tärkeimmistä peruselintarvikkeista. Peruna on erittäin altis monille taudeille varastoinnin aikana, yksi näistä on märkämätätauti, joka aiheuttaa vuosittain maailmanlaajuisesti huomattavia taloudellisia tappiota. Pectobacterium ja Dickeya -sukuihin kuuluvat bakteerit ovat tärkeimpiä märkämädän aiheuttajia, sillä ne pystyvät tehokkaasti mädättämään perunan mukuloita kosteissa oloissa, joissa hapen konsentraatio on alhainen. Tämä tutkielma käsittelee kahta Pectobacterium-isolaattia, jotka tuottavat oranssia pigmenttiä mädättäessään perunan mukuloita. Isolaattien genomit sekvensoitiin ja koottiin sekvensoinnin jälkeen jatkumoiksi SPAdes genomien koontiohjelmalla. Näitä vedosgenomeja vertailtiin Pectobacterium-lajien viitegenomeihin hyödyntäen keskimääräistä nukleotidiensekvenssien yhtäläisyyttä (ANI) ja digitaalista DNA-DNA -hybridisaatio-menetelmiä (dDDH). PyANI-ohjelmalla saadun ANI-tuloksen (97,6%) ja saksalaisen mikro-organismi- ja soluviljelmäkokoelman DSMZ GmbH:n tyyppi(kanta) genomipalvelimen dDDH-tuloksen (78,6%) mukaan isolaatien pääteltiin kuuluvan Pectobacterium versatile -lajiin. Isolaattien genomien sekvenssikuvaus rakennettiin automatidsoidun skevenssikuvauspalvelimen avulla. Sekvenssikuvaustuloksissa pektobakteereille tyypilliset quorum sensing -ilmiöön ja bakteerien eritysjärjestelmiin luokitellut geenit olivat muiden elintärkeiden metabolia- ja biosynteesigeenien joukossa suurilukuisimpina geeniryhminä. Taksonomia-analyysien tueksi suoritettiin pangenomiikka-analyysi prokaryoottien pangenomianalyysiohjelmalla Roary:lla. Genomien sekvenssikuvaus Roary-ohjelmaan tuotettiin prokaryoottien genomisekvessikuvaus-ohjelma PROKKA:lla, jonka syötteenä käytettiin isolaattien ja viitelajien genomit. Kuten oletettua oli, pangenomianalyysi ryhmitteli tämän tutkimuksen kohteena olevien isolaattien genomit ja Pectobabterium versatile -viitelajien genomit samaan haaraan. Vertailtaessa Pectobacterium versatile -viitegenomeja, ottaen mukaan myös tämän tutkimuksen kohteena olevat isolaatit, huomattiin, että vain 56% kaikista P. versatile -bakteereiden genomissa olevista geeneistä kuuluu pektobakteerien ydingenomiin. Oranssin pigmentin rooli on edelleen epäselvä ja sen selvittäminen vaatii vielä laajamittaisia lisätutkimuksia. Isolaattien genomin osoitettiin kuitenkin sisältävän geenejä, jotka ovat homologisia geeniryppäälle, jonka on aikaisemmin osoitettu liittyvän oranssin pigmentin tuotoon Pectobacterium carotovorum SCRI193 -isolaatilla. Oletetaan, että tässä työssä tutkittujen isolaattien homologiset geenit saavat myös aikaan oranssin pigmentin tuoton mädäntyvässä perunassa.Soft rot diseases of potato (Solanum tuberosum) cause significant economic losses worldwide as S. tuberosum is the fourth most important food crop in the world and extensively cultivated. S. tuberosum is susceptible to diseases during storage, where the two most important soft rot causing bacterial genera Pectobacterium and Dickeya can efficiently cause rotting in humid conditions with limited oxygen concentration. The focus of this study was in two Pectobacterium isolates that exhibit orange pigmentation during their infection of S. tuberosum tubers. The genomes of the isolates were sequenced and then assembled into contigs with SPAdes genome assembler. The draft genomes were compared to reference genomes of Pectobacterium species by average nucleotide identity (ANI) and digital DNA-DNA hybridization (dDDH) methods. The isolates were determined to be of Pectobacterium versatile species by ANI score of 97.6%, analyzed by pyANI, and dDDH similarity of 78.6%, analyzed by Type (Strain) Genome Server of DSMZ-German Collection of Micro-organisms and Cell Cultures GmbH. The genomes of the isolates were annotated with the Automated Annotation Server of Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes. The characteristic features of Pectobacteria, Quorum Sensing and Bacterial Secretion Systems, were among the most numerous genes along with essential genes for metabolism and biosynthesis. To support the taxonomic analyses, pangenomic analysis was carried out with Rapid large-scale prokaryote pangenome analysis software Roary with annotation data provided by rapid prokaryotic genome annotation software PROKKA. The genomes of the isolates and reference genomes were used as an input for PROKKA. The pangenomic analysis grouped the Pectobacterium versatile reference genomes and the isolates to the same branch as expected. Comparing reference Pectobacterium versatile genomes with the isolates also showed that the Pectobacterium core genome consists only of 56% of the total number of genes in the genomes. The role of the orange pigmentation still remains unclear and requires extensive further study. However, the isolates were shown to contain genes that were homologous to a previously published gene cluster responsible for the production of an orange pigment by Pectobacterium carotovorum isolate SCRI193. It is hypothesized that the homologous genes present in the characterized isolates are responsible for the pigmentation of infected S. tuberosum tissue.
Subject: Solanum tuberosum
Pectobacterium versatile
pigment
soft rot
ANI
dDDH
Pangenomics
Taxonomy


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record