مطالعه بیوانفورماتیک و روابط فیلوژنتیک جدایه‌های ایرانی باکتری باسیلوس تورینجینسیس با استفاده از توالی ژن SrDNA16 16

فصلنامه علمی پژوهشی دنیای میکروب ها

مقاله 3، دوره 15، شماره1(پیاپی 50)، خرداد 1401، صفحه 41-55   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/jmw.2022.1959243.2021

نویسندگان

مریم راشکی^{* 1}؛ مجتبی مرتضوی²

¹تنوع زیستی، پژوهشکده علوم محیطی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان

²گروه بیوتکنولوژی، پژوهشکده علوم محیطی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته،

چکیده

سابقه و هدف: باکتری گرم مثبت باسیلوس تورینجینسیس بلور‌های پروتین‌ با خاصیت حشره‌کشی تولید ‌می‌کند. تحلیل توالی‌های کوچک ژنrDNA  برای مطالعه تکامل و رده‌بندی موجودات زنده به‌کار‌ می‌رود. این مطالعه با استفاده از تکنیک واکنش زنجیره‌ای پلیمراز ‌روی توالی S Rdna 16 از پنج جدایه‌ بومی باسیلوس تورینجینسیس انجام‌ شد.
مواد و روشها: بررسی ویژگی‌ها و روابط فیلوژنتیک میان پنج توالی جدایه‌های بومی همراه با جدایه‌های دیگر موجود در بانک ژن و سایر گونه‌های جنس باسیلوس، با نرم‌افزار مسکوئیت و پایگاه leBIBI^QBPP انجام‌ شد.
یافتهها: پنج جدایه بومی به میزان 92/06 تا 99/93 درصد با یکدیگر و به میزان 99/73 تا ۱۰۰ درصد با سایر جدایه‌های باسیلوس تورینجینسیس شباهت داشتند. درخت فیلوژنتیک نشان ‌داد Bt 1019،Bt 1020  وBt 1039  در گروه اول وBt 1001  وBt 1091  در گروه دوم قرار‌گرفتند. بر اساس تحلیل توالیBt 1001  با کمک leBIBIQBPP، کمترین فاصله با با‌سیلوس فریگوریتولرانس بدست ‌آمد، همچنین توالیBt 1091  نیز بیشترین شباهت را با باکتری مذکور نشان‌ داد. توالی باسیلوس آنتراسیس به Bt 1019 نزدیک بود. توالیBt 1020  بیشترین نزدیکی را با باسیلوس سرئوس داشت. در مورد Bt 1039 علاوه بر باسیلوس سرئوس، کمترین فاصله با باسیلوس مارکورستینکتوم مشاهده ‌شد.
نتیجهگیری: بلور‌های پروتینی در باکتری‌های بومی مشاهده ‌شدند. بلاست توالی ژن S rDNA 16 در جدایه‌های بومی بیشترین شباهت را به جدایه‌های باسیلوس تورینجینسیس موجود در بانک ژن نشان ‌داد. همچنین به دلیل استخراج بلورهای سم از جدایه ها، نتایج پیش‌بینی‌ کرد سه جدایه بومی Bt 1019،Bt 1020   وBt 1039  علیه آفات بالپولکداران و دو جدایهBt 1001  وBt 1091  علیه آفات سخت‌ بالپوش می‌توانند موثر و سمی باشند.
 

کلیدواژه‌ها

SrDNA16؛ بلاست؛ بیوا‌نفورماتیک؛ نرم‌افزار؛ واکنش زنجیره‌ای پلیمراز

مراجع

References 

1. Ibarra JE, Del Rincon MC, Orduz S, Noriega D, Benintende G, Monnerat R, Regis L, De Oliveira CM, Lanz H, Rodriguez MH, Sanchez J, Pena G, Bravo A. Diversity of Bacillus thuringiensis strains from Latin America with insecticidal activity against different mosquito species. Appl Environ Microbiol. 2003; 69: 5269-5274.
2. Crickmore N, Zeigler DR, Schnepf E, Van Rie J, Lereclus D, Baum J, Bravo A, Dean DH. Revision of the nomenclature for the Bacillus thuringiensis pesticidal crystal proteins. Microbiol Mol Biol Rev. 2004; 62 (3): 807–813.
3. Nazarian A, Jahangiri R, Salehi Jouzani Gh, Seifinejad A, Soheilivand S, Bagheri O, Keshavarzi M, Alamisaeid Kh. Coleopteran-specific and putative novel cry genes in Iranian native Bacillus thuringiensis collection. J invertebr pathol. 2009; 102: 101-109.
4. Beron CM, Curatti L, Salerno GL. New strategy for identification of novel cry-type genes from Bacillus thuringiensis strains. Appl Environ Microbiol. 2005; 71 (2): 761–765.
5. Tamez-Guerra P, Damas G, Iracheta MM, Oppert B, Gomez-Flores R, Rodriguez-Padilla C. Differences in susceptibility and physiological fitness of Mexican field Trichoplusia ni strains exposed to Bacillus thuringiensis. J Econ Entomol. 2006; 99: 937–945.
6. Woo PCY, Lau SKP, Teng JLL, Tse H, Yuen KY. Then and now: use of 16S rDNA gene sequencing for bacterial identification and discovery of novel bacteria in clinical microbiology laboratories. Clin Microbiol Infect. 2008; 14: 908-934.
7. Goto K, Jiang W, Zheng Q, Oku Y,  Kamiya H,  Itoh T,  Ito M. Epidemiology of Helicobacter infection in wild rodents in the Xinjiang-Uygur autonomous region of China. Curr Microbiol. 2004; 49: 221-223.
8. Ticknor LO, Kolstø AB, Hill KK, Keim P, Laker MT, Tonks M, Jackson PJ. Fluorescent amplified fragment length polymorphism analysis of Norwegian Bacillus cereus and          Bacillus thuringiensis soil isolates. Appl Environ Microbiol. 2001; 67:4863-73.
9. Devulder G, Perrie`re G, Baty F, Flandrois JP. BIBI, a bioinformatics bacterial identification tool. J Clin Microbiol. 2003; 41: 1785–1787.
10. Travers RS, Martin PAW, Reichelderfer CF. Selective process for efficient isolation of soil Bacillus spp. Appl Environ Microbiol. 1987; 53(6): 1263-1266.
11. Yılmaz S, Ayvaz A, Akbulut M, Azizoglu U, Karabörklü S. A novel Bacillus thuringiensis strain and its pathogenicity against three important pest insects. J Stored Prod Res. 2012; 51: 33-40.
12. Katoh K, Standley DM. MAFFT multiple sequence alignment software version 7: improvements in performance and usability. Mol Biol Evol. 2013; 30: 772-780.
13. Maddison W, Maddison D. Mesquite: a modular system for evolutionary analysis. Version 3.10. 2015; Avaliable from: http://mesquiteproject.
14. Nguyen LT, Schmidt HA, Von Haeseler A, Minh BQ. IQ-TREE, A fast and effective stochastic algorithm for estimating maximum-likelihood phylogenies. Mol Biol Evol. 2015; 32: 268-274.
15. Huson DH, Bryant D. Application of phylogenetic networks in evolutionary studies. Mol Biol Evol. 2006; 23(2): 254-267.
16. Crooks GE, Hon G, Chandonia JM, Brenner SE. WebLogo: a sequence logo generator. Genome Res. 2004; 14(6): 1188-1190.
17. Flandrois JP, Perriére G, Gouy M. leBIBIQBPP: a set of database and a webtool for automatic phylogenetic analysis of prokaryotic sequences. BMC Bioinformatics, 2015; 16, 10.1186/s12859-015-0692-z.
18. Forsyth G, Logan NA. Isolation of Bacillus thuringiensis from Northern Victoria Land, Antarctica. Appl Microbiol. 2000; 30: 263-266.
19. Apaydin O, Yenidunya AF, Harsa S, Gunes H. Isolation and characterization of Bacillus thuringiensis strains from different grain habitats in Turkey. World J Microbiol Biotechnol. 2004; 21: 285-292.
20. Cinar C, Apaydin O, Yenidunya AF, Harsa S, Gunes H. Isolation and characterization of Bacillus thuringiensis strains from olive-related habitats in Turkey. J Appl Microbiol. 2008; 515-525.
21. Drobniewski FA. Bacillus cereus and related species. Clin Microbiol Rev. 1993; 6: 324-338.
22. Ash C, Farrow JAE, Dorsch M, Stackebrandt E, Collins MD. Comparative analysis of Bacillus anthracis, Bacillus cereus, and related species on the basis of reverse transcriptase sequencing of 16S rRNA. Int J Syst Evol Microbiol. 1991; 41:343–346.
23. von Wintzingerode F, Rainey FA, Kroppenstedt RM,  Stackebrandt E. Identification of     environmental strains of Bacillus mycoides by fatty acid analysis and species-specific 16S rDNA oligonucleotide probe. FEMS Microbiol Ecol. 1997; 24(3): 201-209.
24. Bourque SN, Valero JR, Mercier J, Lavoie MC, Levesque RC. Multiplex polymerase chain reaction for detection and differentiation of the microbial insecticide Bacillus thuringiensis. Appl Environ Microbiol. 1993; 59:523-527.
25. te Giffel MC, Beumer RR, Granum PE, Rombouts FM. Isolation and characterisation of Bacillus cereus from pasteurized milk in household refrigerators in The Netherlands. Int J Food Microbiol. 1997; 34: 307-318.
26. Debode F, Janssen E, Bragard C, Berben G. Detection by real-time PCR and pyrosequencing of the Cry1Ab and Cry1Ac genes introduced in GM constructs. Food Addit Contam Part A. 2017; 34(8): 1-23.
27. El-kersh TA, Al-sheikh YA, Al-akeel RA, Alsayed AA. Isolation and characterization of native Bacillus thuringiensis isolates from Saudi Arabia. Afr J Biotechnol. 2012; 11(8):1924-1938.
28. Banik A, Chattopadhyay A, Ganguly S, Mukhopadhyay SK. Characterization of a tea pest specific Bacillus thuringiensis and identification of its toxin by MALDI-TOF mass spectrometry. Ind Crops Prod. 2019; 137: 549-556.
29. Camacho-Millána R, Aguilar-Medina EM, Quezada H, Medina-Contreras Ó, Patino-López G, Cárdenas-Cota, HM, Ramos-Payán R. Characterization of Cry toxins from autochthonous Bacillus thuringiensis isolates from Mexico. Bol Med Hosp Infant Mex. 2017; 74(3): 193-199.
30. Elleuch J, Tounsi S, B Ben Hassen, N, Lacoix MN, Chandre F, Jaoua S, Zghal RZ. Characterisation of novel Bacillus thuringiensis isolates against Aedes aegypti (Diptera:      Culicidae) and Ceratitis capitata (Diptera: Tephridae). J Invertebr Pathol. 2015; 124: 90-97.
31. Selvakumar G, Sushi SN, Stanley J, Mohan M. Brevibacterium frigoritolerans a novel entomopathogen of Anomala dimidiata and Holotrichia longipennis (Scarabaeidae:           Coleoptera). Biocontrol Sci Technol. 2011; 21(7): 821-827.
32. Han Y, Chen F, Li N, Zhu B, Li X. Bacillus marcorestinctum sp. nov., a novel soil acylhomocerine lactone quorum-sensing sinal quenching bacterium. Int. J. Mol. Sci. 2010; 11(2): 507-520.
33. Seki T, Chung CK, Mikami H, Oshima Y. Deoxyribonucleic acid homology and taxonomy of the genus Bacillus. Int J Syst Evol Microbiol. 1978; 28: 182-189.
34. Granum PE, Brynestad S, Kramer JM. Analysis of enterotoxin production by Bacillus cereus from dairy products, food poisoning incidents and non-gastrointestinal infections. Int J Food Microbiol. 1993; 17: 269-279.
35. Yamada S, Ohashi E, Agata N, Venkateswaran K. Cloning and Nucleotide Sequence Analysis of gyrB of Bacillus cereus, B. thuringiensis, B. mycoides, and B. anthracis and their application to the detection of B. cereus in rice. Appl Environ Microbiol. 1999; 65(4): 1483-1490.