Немає жодних доказів наявності вольбахії як поживного ендосимбіонту в попелиці Pentalonia nigronervosa

Алехандро Манцано-Марін

UMR 1062 Центр біології для населення, INRA, CIRAD, IRD, Montpellier SupAgro, Univ. Монпельє, 755 авеню дю кампуса Агрополіс, Монпельє, Франція

Пов’язані дані

Анотація

Обов язкові симбіотичні асоціації присутні у найрізноманітніших тварин із дієтичним обмеженням. Попелиці (hemiptera: Aphididae) майже універсально містять бактерії Buchnera aphidicola в спеціалізованих органах (так званих бактеріомах). Ці бактерії забезпечують попелицю необхідними поживними речовинами, яких не вистачає їжі (тобто незамінними амінокислотами та деякими вітамінами групи В). Деякі лінії попелиць, такі як види з підродини Lacninae, розвинули спільно-асоційовані асоціації з вторинними ендосимбіонтами, що виникає внаслідок втрати біотин- та рибофлавін-біосинтетичних генів. У цьому дослідженні я повторно аналізую раніше опубліковані дані послідовності з бананової попелиці Pentalonia nigronervosa. Я показую, що метаболічний висновок є результатом De Clerck та співавт. (Microbiome 3:63, 2015) є неправильними і, можливо, виникають внаслідок використання неадекватних методів. Крім того, я обговорюю, як, здавалося б, необ'єктивна інтерпретація аналізів їх лікування антибіотиками разом з неправильним метаболічним висновком на основі геному призвела до помилкової думки "про те, що в банановій попелиці відбувається обов'язковий симбіоз між B. aphidicola та Wolbachia".

Основний текст

Незамінні амінокислоти та вибрані вітаміни групи В та біосинтетичні метаболічні здатності ко-фактора облігатних симбіотичних консорціумів різних видів попелиць. Діаграма, що підсумовує метаболічні можливості Бухнери від “моносимбіотичної” попелиці попелиці (Aph) та P. nigronervosa (Pnig). Рядки "Aph" - це згорнуте зображення кількох видів Aphidinae (див. Додаткову таблицю S3 у Додатковому файлі 1). Назви генів, що кодують ферменти, що беруть участь у біосинтетичному шляху, використовуються як назви стовпців. Коробки кожного рядка представляють гени, кодовані геномом Бухнера. Унизу, лінії, що підкреслюють гени, що беруть участь у шляху, що веде до сполуки, зазначеної назвою під лінією. Для амінокислот використовується трибукве скорочення

Висновок

Коротко, De Clerck et al. [1] не надають жодних доказів того, що очевидна фіксація вольбахії в аналізованих популяціях P. nigronervosa зумовлена тим, що цей симбіонт є однорідним поживним речовиною цієї попелиці. Повторний аналіз даних секвенування показав, що висновки, що базуються на геномі, щодо поживного симбіозу ко-облігатів у P. nigronervosa були помилковими. Крім того, перевірка послідовностей праймерів показала, що більшість пар праймерів не відповідають цільовим послідовностям у Buchnera від P. nigronervosa. Нарешті, результати лікування антибіотиками мають альтернативні пояснення, які автори не змогли обговорити, і які не можна відкинути без більш чутливих аналізів. Незважаючи на це, очевидно послідовне присутність Вольбахії все ж можна пояснити іншими процесами, такими як певна репродуктивна маніпуляція, захист від вірусних інфекцій або штами попелиць, що відібрані насправді належать до одного або кількох «суперклонів», спочатку інфікованих близькоспоріднені ендосимбіонти Вольбахії.

Матеріали та методи

Послідовність збору даних та складання геному

Бібліотеки послідовності дерев (SRR1661114, SRR1662246, SRR1662249) від De Clerck et al. [1] були завантажені з бази даних NCBI SRA (приєднання SRX766492) з BioProject (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/268300, останній доступ 15 квітня 2019 року). Перевірка завантажених файлів fastq за допомогою fastQC v0.11.7 (https://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/, останній доступ 15 квітня 2019 р.) Виявила забруднення зчитувань за допомогою індексів адаптерів TruSeq 4, 5, і 6, а також невідомий адаптер, багатий на T + G (“TGTGTTGGGTGTGTTGGGTGTGTTGGGTGTGTTGGGTGTGTTGGGTGTGT”). Щоб обрізати ці адаптери з прочитаних наборів даних та виконати якісне обрізання, я використовував fastx_clipper, за яким слідував fastx_quality_trimmer, який виконував обрізку якості в правому кінці (з використанням мінімального порогу якості 20) і зчитування менше 50 bp (параметри -t 20 -l 50). Крім того, PRINSEQ v0.20.4 [10] був використаний для видалення зчитувань, що містять невизначені нуклеотиди, а також для відокремлення тих, що залишились без пари після процесу фільтрування та обрізки. Збірка трьох бібліотек була виконана за допомогою SPAdes v3.10.1 [11] з k-mers 33, 55 та 77.

Приєднання зібраних послідовностей до Бухнери та Вольбахії

По-перше, були викинуті всі будівельні ліси, менші за 200 bp і із середнім охопленням k-mer нижче 3. Це призвело до 10 097 (3,74% від загальної кількості будівельних лісів), які потім були використані для збирання на базі BLASTX. Це було зроблено шляхом створення бази даних протеомів Горохової попелиці та набору бактерій Wolbachia та Buchnera. Для виявлення послідовностей мітохондрій була побудована окрема база даних білків мітохондрій, кодованих попелицею Schizaphis graminun. Всі ці набори білків були доступні до часу публікації De Clerck et al. [1]. Номери приєднання та інформацію про штами можна знайти в додатковій таблиці S4 (Додатковий синій файл 1). Пошук BLASTX щодо вищезазначених баз даних проводився з використанням відфільтрованих лісів як запиту (-soft_masking true -seg yes -max_target_seqs 10000 -evalue 1e-3) з подальшим присвоєнням ешафотів організму з найкращим BLASTX хітом для кожного ешафота. Потім ці контейнери відфільтрували, встановивши мінімальний поріг охоплення k-mer 10 як для Бухнери, так і для Вольбахії. Це призвело до того, що для кожної бактерії було призначено 135 та 1309 лісів відповідно.

Ідентифікація «зниклих» та «харчових генів» у Бухнері

Придатність повідомлених праймерів у De Clerck et al. [1] (знайдено в “Додатковому файлі 1: Таблиця S1”) оцінювали, вирівнюючи їх із послідовністю генів, виявленою та повідомленою в цій роботі, використовуючи AliView v1.26 [13].