A systematic pipeline for classifying bacterial operons reveals the evolutionary landscape of biofilm machineries
Notice bibliographique
Résumé
In bacteria functionally related genes comprising metabolic pathways and protein complexes are frequently encoded in operons and are widely conserved across phylogenetically diverse species. The evolution of these operon-encoded processes is affected by diverse mechanisms such as gene duplication, loss, rearrangement, and horizontal transfer. These mechanisms can result in functional diversification, increasing the potential evolution of novel biological pathways, and enabling pre-existing pathways to adapt to the requirements of particular environments. Despite the fundamental importance that these mechanisms play in bacterial environmental adaptation, a systematic approach for studying the evolution of operon organization is lacking. Herein, we present a novel method to study the evolution of operons based on phylogenetic clustering of operon-encoded protein families and genomic-proximity network visualizations of operon architectures. We applied this approach to study the evolution of the synthase dependent exopolysaccharide (EPS) biosynthetic systems: cellulose, acetylated cellulose, poly-β-1,6-N-acetyl-D-glucosamine (PNAG), Pel, and alginate. These polymers have important roles in biofilm formation, antibiotic tolerance, and as virulence factors in opportunistic pathogens. Our approach revealed the complex evolutionary landscape of EPS machineries, and enabled operons to be classified into evolutionarily distinct lineages. Cellulose operons show phyla-specific operon lineages resulting from gene loss, rearrangement, and the acquisition of accessory loci, and the occurrence of whole-operon duplications arising through horizonal gene transfer. Our evolution-based classification also distinguishes between PNAG production from Gram-negative and Gram-positive bacteria on the basis of structural and functional evolution of the acetylation modification domains shared by PgaB and IcaB loci, respectively. We also predict several pel-like operon lineages in Gram-positive bacteria and demonstrate in our companion paper (Whitfield et al PLoS Pathogens, in press) that Bacillus cereus produces a Pel-dependent biofilm that is regulated by cyclic-3',5'-dimeric guanosine monophosphate (c-di-GMP).
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».