El genoma del endosimbionte diazotrófico sinorhizobium meliloti gr4dispersión natural y aplicación biotecnológica de nuevos intrones del grupo II

Resumen

Las tecnologías de secuenciación masiva (NGS) desarrolladas en los últimos años han permitido un incremento en el número de proyectos de secuenciación de genomas bacterianos. Actualmente, Proteobacteria es el filo que presenta el mayor número de proyectos de secuenciación de genomas bacterianos, y Alphaproteobacteria contiene más de 600 genomas completamente secuenciados. Dentro de esta clase, los rizobios son un grupo de bacterias del suelo bien estudiados que establecen interacciones simbióticas con plantas leguminosas. Las bacterias del género Sinorhizobium son los microsimbiontes de las especies de leguminosas Medicago (por ejemplo M. sativa y M. truncatula), Melilotus y Trigonella. S. meliloti 1021 fue la primera cepa de este género secuenciada, y es considerada uno de los genomas de referencia dentro de los rizobios. En los últimos años, varios aislados pertenecientes a la especie S. meliloti han sido completamente secuenciados, como SM11, AK83, BL225C, Rm41 y 2011. En el capítulo 1 presentamos el proyecto de secuenciación del genoma completo de S. meliloti GR4, una cepa ampliamente estudiada que fue aislada desde suelos agronómicos de Granada hace 30 años. Esta cepa contiene un genoma de 7'14 Mb compuesto por cinco replicones: un cromosoma (3'6 Mb), dos plásmidos crípticos, pRmeGR4a (176 kb) y pRmeGR4b (226 kb), y dos plásmidos simbióticos, pRmeGR4c (1'4 Mb) y pRmeGR4d (1'7 Mb). Con objeto de llevar a cabo la resolución del genoma hemos descrito un nuevo parámetro denominado índice del grado de cobertura (FCI; Fold Coverage Index). El FCI estima el número de copias de cualquier secuencia del genoma, y ha sido útil para asignar cualquier secuencia a un replicón específico. Un componente importante de los genomas bacterianos es el moviloma, que comprende todos los elementos genéticos móviles (MGEs) de un genoma. Uno de esos MGEs son los intrones del grupo II. Éstos son ARNs catalíticos y retroelementos móviles inicialmente encontrados en orgánulos de plantas y eucariotas inferiores, y posteriormente identificados en bacterias y arqueas. Uno de los intrones del grupo II mejor estudiados es RmInt1, descubierto en S. meliloti GR4. En este trabajo hemos caracterizado dos intrones del grupo II filogenéticamente relacionados con RmInt1: RmInt2 (un nuevo intrón encontrado en S. meliloti GR4) y SmedInt1 (descubierto en S. medicae WSM419 y denominado Sr.md.I1 en la base de datos de los intrones del grupo II). Su distribución, así como la dispersión de su ADN diana (diferentes secuencias de inserción), ha sido analizada in silico y comparada con la expansión de RmInt1 (capítulo 2). Los intrones del grupo II constan de un RNA, denominado ribozima, con una estructura secundaria dispuesta en seis dominios (DI-DVI), y una proteína, conocida como IEP (Intron Encoded Protein), codificada por el DIV. Ambos componentes, ribozima y proteína, son necesarios para los procesos de escisión y movilidad, y varios estudios han demostrado que también se requieren factores del hospedador. En el capítulo 2 analizamos la implicación de la chaperona del hospedador GroEL en la escisión de RmInt1. En el capítulo 3 demostramos la escisión y movilidad de RmInt2 y SmedInt1. Mediante la construcción de intrones quiméricos que combinan diferentes IEPs y ribozimas de los intrones estudiados (RmInt1, RmInt2 y SmedInt1) hemos corroborado empíricamente la coevolución propuesta entre estos dos componentes (capítulo 3). Además, RmInt2 puede incrementar la colección de intrones del grupo II disponibles para ser usados como herramienta biotecnológica en ingeniería genética puesto que muestra movilidad en hospedadores heterólogos como Escherichia coli (capítulo 3).