Caracterización metagenómica del moviloma plasmídico de la población bacteriana asociada a alfalfa

Abstract

A través del tiempo las bacterias, como organismos unicelulares, han localizado eficientemente en sus pequeños genomas la información necesaria para afrontar el desafío de los cambios ambientales. En términos genéticos (informativos) las bacterias han concentrado la mayoría de las funciones basales (mantenimiento, housekeeping) en sus replicones más grandes (los cromosomas) dedicando compartimientos genéticos especiales y móviles (plásmidos, islas de ADN, transposones, integrones) para diversas respuestas adaptativas (a factores abióticos y bióticos). La partición del material genético en módulos, como elementos funcionales adicionales al cromosoma (“moviloma”, mobilome), facilitó la reducción del tamaño de los genomas permitiendo compartir genes (funciones) transitoriamente importantes (adaptativas) entre miembros separados de la propia comunidad. Una partición genética con redundancia previene, al mismo tiempo, la pérdida masiva de información genética cuando miembros individuales de la comunidad bacteriana mueren. Al mismo tiempo, variantes génicas nuevas son susceptibles de hacerse comunitarias a través del moviloma, excediendo la relevancia de las mismas para clones individuales debido a la posibilidad de transponer barreras de especie y de género. De este modo, el conjunto de plásmidos y otros elementos móviles en un ambiente dado representa un recurso genético central en el contexto de la evolución de las bacterias y de sus estrategias de manejo y uso colectivo de la información. En nuestro laboratorio se estudia desde hace más de 30 años, y desde diferentes ángulos, la asociación entre Sinorhizobum meliloti y alfalfa como sistema modelo de una interacción simbiótica bacteria-planta en el suelo. Ante la posibilidad de contar con una colección de aislamientos de S. meliloti portadores de plásmidos bien caracterizados en su diversidad y capacidad conjugativa [1], en este trabajo de tesis hemos diseñado y puesto en práctica una estrategia para el aislamiento, caracterización, y análisis secuencial y funcional (a escala de megabases) de plásmidos crípticos de S. meliloti. En ese contexto, hemos luego investigado su rol en la evolución y conformación del genoma actual de los rizobios, y su relación con los plásmidos de otras bacterias asociadas a plantas. Como parte del trabajo hemos podido poner en evidencia vínculos de ortología de genes plasmídicos con genes de diferentes fracciones de los distintos replicones de S. meliloti, e inferir con varias herramientas (análisis de fracciones core, singletones, contenidos GC%, uso de codones) posibles relaciones de ancestralidad respecto de la adquisición de los mismos por parte S. meliloti. Hemos obtenido además evidencia que muestran al pSymA como el replicón con el contenido génico más vinculado al moviloma plasmídico críptico, y como el intercambiador más activo de genes metabólicos con el pool de genes móviles. Por otra parte, teniendo en consideración que la micro-biota asociada a un nicho ecológico resulta de procesos permanentes de coevolución, en una segunda fase del trabajo aislamos y caracterizamos el moviloma plasmídico correspondiente a otras bacterias asociadas a semillas de alfalfa (simpátricas de S. meliloti, a partir de representantes de más de 10 géneros diferentes) e investigamos las características del mismo (genes, funciones) y su relación con el moviloma de los rizobios. Los resultados de los análisis realizados aportaron evidencia en apoyo del intercambio génico entre el moviloma de S. meliloti y el de la población de sus bacterias simpátricas, así como entre los plásmidos de estas últimas entre sí. La magnitud de información plasmídica aislada, secuenciada y analizada en esta tesis (megabases) colectada a partir de una especie modelo de rizobio y de un conjunto de sus bacterias simpátricas representa el primer intento de abordar a escala comunitaria el análisis estructural de movilomas de un mismo nicho, incluyendo su contenido funcional, características comunes, y participación en la evolución de replicones más estables de las bacterias por donde transitan.