Analysis of the pangenome of pseudomonas putida

Resumen

Los adelantos que se han producido en los últimos años en las técnicas de secuenciación masiva, han permitido grandes avances en el área de la genómica, generando gran cantidad de datos disponibles en un número creciente de bases de datos públicas y un incremento notable de información en las mismas. Ello ha dado lugar a un importante impulso a las áreas de bioinformática y biología computacional. Los análisis genómicos también han trascendido a su vez, desde la comparación de genes o pequeños segmentos cromosómicos entre distintos genomas, a la comparación de cromosomas completos pertenecientes a una misma o distintas especies. Este tipo de análisis comparativos entre elementos de una misma especie son especialmente útiles en bacterias, ya que normalmente hay grandes diferencias en el contenido génico de los miembros de una misma especie bacteriana (Ochman et al., 2000). De esta forma, surge el concepto de Pangenoma (Tettelin et al., 2005) definido como el repertorio génico completo de una especie y que estaría compuesto a su vez por los genes del core, aquellos comunes a todas las cepas que abarcan la especie en cuestión; los genes accesorios, que serían aquellos presentes en más de una pero no todas las cepas de la especie y finalmente los genes únicos o exclusivos de cada cepa y que no comparten por lo tanto, homología de secuencia (función) con ninguna de las otras cepas integrantes de la especie. La especie elegida para llevar a cabo estos estudios en esta Tesis Doctoral fue Pseudomonas putida, la cual consideramos que es una especie relevante para este tipo de análisis pangenómicos debido a su amplia distribución en la naturaleza y a su gran potencial biotecnológico (Poblete-Castro et al., 2012) en áreas como la biodegradación/biotransformación (Udaondo et al., 2013), biorremediación (Segura et al., 2009), biocatálisis (Ramos et al., 2011) y producción de bioplásticos (Olivera et al., 2001), entre otras. En este trabajo por lo tanto, buscamos caracterizar el grado de conservación y divergencia genómica entre nueve cepas de Pseudomonas putida con el propósito de entender cómo se ha diversificado esta especie y su potencial adaptativo a los muy distintos ambientes en los que habita y su alta tolerancia a productos tóxicos como los disolventes orgánicos (Udaondo et al., 2013) y antibióticos (Molina et al., 2014). Un aspecto fundamental de los estudios pangenómicos es tener en cuenta la calidad de los datos de partida, por ello, las cepas utilizadas se han seleccionado según su grado de secuenciación y ensamblaje y disponibilidad dentro de bases de datos públicas. Además también se consideraron dentro del estudio, tres cepas de P. putida que fueron secuenciadas y ensambladas en el grupo de Degradación de Tóxicos de la EEZ-CSIC. Los resultados de esta Tesis Doctoral nos permiten concluir que la especie Pseudomonas putida tiene un pangenoma abierto con un gran conjunto de genes del core que representan el metabolismo central de la especie, al igual que un conjunto de genes accesorios y únicos que proporcionan la diversidad genómica de las cepas. Test estadísticos de análisis de la varianza (ANOVA) realizados en el contenido G+C y el índice CAI de los tres grupos de genes del pangenoma, demostraron diferencias estadísticamente significativas (p<0.001) mostrando que cada uno de estos grupos de genes evolucionan a una tasa de velocidad distinta y tienen diferentes niveles de expresión.