Published December 15, 2015
| Version v1
Publication
Open
Novel Essential Role of Ethanol Oxidation Genes at Low Temperature Revealed by Transcriptome Analysis in the Antarctic Bacterium Pseudomonas extremaustralis
Creators
- 1. Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 3. Fundación Ciencias Exactas y Naturales
- 4. University of Buenos Aires
- 5. Novo Nordisk Foundation
- 6. Technical University of Denmark
Description
Temperature is one of the most important factors for bacterial growth and development. Cold environments are widely distributed on earth, and psychrotolerant and psychrophilic microorganisms have developed different adaptation strategies to cope with the stress derived from low temperatures. Pseudomonas extremaustralis is an Antarctic bacterium able to grow under low temperatures and to produce high amounts of polyhydroxyalkanoates (PHAs). In this work, we analyzed the genome-wide transcriptome by RNA deep-sequencing technology of early exponential cultures of P. extremaustralis growing in LB (Luria Broth) supplemented with sodium octanoate to favor PHA accumulation at 8°C and 30°C. We found that genes involved in primary metabolism, including tricarboxylic acid cycle (TCA) related genes, as well as cytochromes and amino acid metabolism coding genes, were repressed at low temperature. Among up-regulated genes, those coding for transcriptional regulatory and signal transduction proteins were over-represented at cold conditions. Remarkably, we found that genes involved in ethanol oxidation, exaA, exaB and exaC, encoding a pyrroloquinoline quinone (PQQ)-dependent ethanol dehydrogenase, the cytochrome c550 and an aldehyde dehydrogenase respectively, were up-regulated. Along with RNA-seq experiments, analysis of mutant strains for pqqB (PQQ biosynthesis protein B) and exaA were carried out. We found that the exaA and pqqB genes are essential for growth under low temperature in LB supplemented with sodium octanoate. Additionally, p-rosaniline assay measurements showed the presence of alcohol dehydrogenase activity at both 8°C and 30°C, while the activity was abolished in a pqqB mutant strain. These results together with the detection of ethanol by gas chromatography in P. extremaustralis cultures grown at 8°C support the conclusion that this pathway is important under cold conditions. The obtained results have led to the identification of novel components involved in cold adaptation mechanisms in this bacterium, suggesting for the first time a role of the ethanol oxidation pathway for bacterial growth at low temperatures.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
درجة الحرارة هي واحدة من أهم العوامل لنمو البكتيريا وتطورها. تنتشر البيئات الباردة على نطاق واسع على الأرض، وقد طورت الكائنات الحية الدقيقة المتسامحة نفسياً والآلفة نفسياً استراتيجيات تكيف مختلفة للتعامل مع الإجهاد الناتج عن درجات الحرارة المنخفضة. Pseudomonas extremaustralis هي بكتيريا أنتاركتيكية قادرة على النمو تحت درجات حرارة منخفضة وإنتاج كميات عالية من polyhydroxyalkanoates (PHAs). في هذا العمل، قمنا بتحليل transcriptome على نطاق الجينوم بواسطة تقنية التسلسل العميق RNA للثقافات الأسية المبكرة لـ P. extremaustralis التي تنمو في LB (مرق Luria) المكمل بأوكتانوات الصوديوم لصالح تراكم PHA عند 8 درجات مئوية و 30 درجة مئوية. وجدنا أن الجينات المشاركة في الأيض الأولي، بما في ذلك الجينات المرتبطة بدورة حمض ثلاثي الكربوكسيل (TCA)، وكذلك جينات ترميز السيتوكروم والتمثيل الغذائي للأحماض الأمينية، تم قمعها عند درجة حرارة منخفضة. من بين الجينات عالية التنظيم، كانت تلك الترميز للبروتينات التنظيمية النسخية وبروتينات نقل الإشارة ممثلة بشكل مفرط في الظروف الباردة. بشكل ملحوظ، وجدنا أن الجينات المشاركة في أكسدة الإيثانول، exaA، exaB و exaC، التي تشفر نازعة هيدروجين الإيثانول المعتمدة على البيرولوكينولين (PQQ)، السيتوكروم c550 ونازعة هيدروجين الألدهيد على التوالي، قد تم تنظيمها بشكل أكبر. إلى جانب تجارب RNA - seq، تم إجراء تحليل للسلالات المتحولة لـ pqqB (بروتين التخليق الحيوي PQQ B) و exaA. وجدنا أن جينات exaA و pqqB ضرورية للنمو تحت درجة حرارة منخفضة في LB مكملة بأوكتانوات الصوديوم. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت قياسات مقايسة p - rosaniline وجود نشاط نازعة هيدروجين الكحول عند كل من 8 درجة مئوية و 30 درجة مئوية، في حين تم إلغاء النشاط في سلالة متحولة pqqB. تدعم هذه النتائج جنبًا إلى جنب مع الكشف عن الإيثانول عن طريق الاستشراب الغازي في مزارع P. extremaustralis المزروعة عند 8 درجات مئوية الاستنتاج بأن هذا المسار مهم في ظل الظروف الباردة. أدت النتائج التي تم الحصول عليها إلى تحديد مكونات جديدة تشارك في آليات التكيف البارد في هذه البكتيريا، مما يشير لأول مرة إلى دور مسار أكسدة الإيثانول في نمو البكتيريا في درجات حرارة منخفضة.Translated Description (French)
La température est l'un des facteurs les plus importants pour la croissance et le développement des bactéries. Les environnements froids sont largement répartis sur la terre, et les micro-organismes psychrotolérants et psychrophiles ont développé différentes stratégies d'adaptation pour faire face au stress dérivé des basses températures. Pseudomonas extremaustralis est une bactérie de l'Antarctique capable de se développer à basse température et de produire de grandes quantités de polyhydroxyalcanoates (PHA). Dans ce travail, nous avons analysé le transcriptome à l'échelle du génome par la technologie de séquençage profond de l'ARN de cultures exponentielles précoces de P. extremaustralis croissant dans le LB (Luria Broth) supplémenté en octanoate de sodium pour favoriser l'accumulation de PHA à 8°C et 30°C. Nous avons constaté que les gènes impliqués dans le métabolisme primaire, y compris les gènes liés au cycle de l'acide tricarboxylique (TCA), ainsi que les cytochromes et les gènes codant pour le métabolisme des acides aminés, étaient réprimés à basse température. Parmi les gènes régulés à la hausse, ceux codant pour les protéines de régulation transcriptionnelle et de transduction du signal étaient surreprésentés dans des conditions froides. De manière remarquable, nous avons constaté que les gènes impliqués dans l'oxydation de l'éthanol, exaA, exaB et exaC, codant pour une éthanol déshydrogénase dépendante de la pyrroloquinoléine quinone (PQQ), le cytochrome c550 et une aldéhyde déshydrogénase respectivement, étaient régulés à la hausse. Parallèlement aux expériences RNA-seq, une analyse des souches mutantes pour pqqB (protéine B de biosynthèse PQQ) et exaA a été réalisée. Nous avons constaté que les gènes exaA et pqqB sont essentiels pour la croissance à basse température dans le LB supplémenté en octanoate de sodium. De plus, les mesures du dosage de la p-rosaniline ont montré la présence d'une activité alcool déshydrogénase à 8 °C et à 30 °C, alors que l'activité a été abolie dans une souche mutante pqqB. Ces résultats, ainsi que la détection de l'éthanol par chromatographie en phase gazeuse dans des cultures de P. extremaustralis cultivées à 8 °C, corroborent la conclusion selon laquelle cette voie est importante dans des conditions froides. Les résultats obtenus ont conduit à l'identification de nouveaux composants impliqués dans les mécanismes d'adaptation au froid chez cette bactérie, suggérant pour la première fois un rôle de la voie d'oxydation de l'éthanol pour la croissance bactérienne à basse température.Translated Description (Spanish)
La temperatura es uno de los factores más importantes para el crecimiento y desarrollo bacteriano. Los ambientes fríos están ampliamente distribuidos en la tierra, y los microorganismos psicrotolerantes y psicrófilos han desarrollado diferentes estrategias de adaptación para hacer frente al estrés derivado de las bajas temperaturas. Pseudomonas extremaustralis es una bacteria antártica capaz de crecer a bajas temperaturas y producir altas cantidades de polihidroxialcanoatos (PHA). En este trabajo, analizamos el transcriptoma de todo el genoma mediante tecnología de secuenciación profunda de ARN de cultivos exponenciales tempranos de P. extremaustralis que crecen en LB (caldo Luria) complementado con octanoato de sodio para favorecer la acumulación de PHA a 8°C y 30°C. Encontramos que los genes involucrados en el metabolismo primario, incluidos los genes relacionados con el ciclo del ácido tricarboxílico (TCA), así como los citocromos y los genes que codifican el metabolismo de aminoácidos, se reprimieron a baja temperatura. Entre los genes regulados positivamente, los que codifican proteínas reguladoras transcripcionales y de transducción de señales estaban sobrerrepresentados en condiciones frías. Sorprendentemente, encontramos que los genes implicados en la oxidación del etanol, exaA, exaB y exaC, que codifican una etanol deshidrogenasa dependiente de pirroloquinolina quinona (PQQ), el citocromo c550 y una aldehído deshidrogenasa respectivamente, estaban regulados positivamente. Junto con los experimentos de ARN-seq, se llevaron a cabo análisis de cepas mutantes para pqqB (proteína de biosíntesis PQQ B) y exaA. Descubrimos que los genes exaA y pqqB son esenciales para el crecimiento a baja temperatura en LB suplementado con octanoato de sodio. Además, las mediciones del ensayo de p-rosanilina mostraron la presencia de actividad de alcohol deshidrogenasa tanto a 8 °C como a 30 °C, mientras que la actividad se suprimió en una cepa mutante pqqB. Estos resultados junto con la detección de etanol por cromatografía de gases en cultivos de P. extremaustralis cultivados a 8 °C respaldan la conclusión de que esta vía es importante en condiciones de frío. Los resultados obtenidos han llevado a la identificación de nuevos componentes implicados en los mecanismos de adaptación al frío en esta bacteria, lo que sugiere por primera vez un papel de la vía de oxidación del etanol para el crecimiento bacteriano a bajas temperaturas.Files
journal.pone.0145353&type=printable.pdf
Files
(2.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:e9559df9a027ebd4b405e945f6f57879
|
2.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الدور الأساسي الجديد لجينات أكسدة الإيثانول عند درجة حرارة منخفضة تم الكشف عنه من خلال تحليل الترانسكريبتوم في البكتيريا الزائفة في أنتاركتيكا
- Translated title (French)
- Nouveau rôle essentiel des gènes d'oxydation de l'éthanol à basse température révélé par l'analyse du transcriptome chez la bactérie antarctique Pseudomonas extremaustralis
- Translated title (Spanish)
- Nuevo papel esencial de los genes de oxidación de etanol a baja temperatura revelado por el análisis del transcriptoma en la bacteria antártica Pseudomonas extremaustralis
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2296624889
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0145353
References
- https://openalex.org/W1248601203
- https://openalex.org/W1506057870
- https://openalex.org/W1525255849
- https://openalex.org/W1636002209
- https://openalex.org/W1727714182
- https://openalex.org/W1800344157
- https://openalex.org/W1955670445
- https://openalex.org/W1962097363
- https://openalex.org/W1965820790
- https://openalex.org/W1969225831
- https://openalex.org/W1982392639
- https://openalex.org/W1984301549
- https://openalex.org/W2013983585
- https://openalex.org/W2022354650
- https://openalex.org/W2033092859
- https://openalex.org/W2038589218
- https://openalex.org/W2039751039
- https://openalex.org/W2040424396
- https://openalex.org/W2050010239
- https://openalex.org/W2056950107
- https://openalex.org/W2057611592
- https://openalex.org/W2060095084
- https://openalex.org/W2061927902
- https://openalex.org/W2062896692
- https://openalex.org/W2065888283
- https://openalex.org/W2067448291
- https://openalex.org/W2069754674
- https://openalex.org/W2071912459
- https://openalex.org/W2074699237
- https://openalex.org/W2083275944
- https://openalex.org/W2088449450
- https://openalex.org/W2098853094
- https://openalex.org/W2103720201
- https://openalex.org/W2109225133
- https://openalex.org/W2109358388
- https://openalex.org/W2114514257
- https://openalex.org/W2114684634
- https://openalex.org/W2122229088
- https://openalex.org/W2125957234
- https://openalex.org/W2137081432
- https://openalex.org/W2137917611
- https://openalex.org/W2139304431
- https://openalex.org/W2139782481
- https://openalex.org/W2141812504
- https://openalex.org/W2152277926
- https://openalex.org/W2154447064
- https://openalex.org/W2162678425
- https://openalex.org/W2164154943
- https://openalex.org/W2165350191
- https://openalex.org/W2172027854
- https://openalex.org/W2185145243
- https://openalex.org/W4210964262
- https://openalex.org/W4212982236
- https://openalex.org/W4319718393