藍藻類の新規ジオスミン生産者、バクテリアのジオアの分布と分散パターンを見直す

A novel cyanobacterial geosmin producer, revising GeoA distribution and dispersion patterns in Bacteria.

• Catarina Churro
• Ana P Semedo-Aguiar
• Alexandra D Silva
• Jose B Pereira-Leal
• Ricardo B Leite

抄録

シアノバクテリアは、あらゆる生息地で一次生産に貢献するユビキタス生物である。藍藻は、世界的な水生生物の発生に貢献していることはよく知られているが、中には毒性を有するものもあれば、経済的な影響が大きいものもあり、ジオスミンのような天然化合物を無数に産生している。我々は、シアノバクテリアの土壌コロニーの環境調査を行い、これらの微生物の代謝経路や適応戦略を明らかにするとともに、培養物の揮発性抽出物のGC-MS分析により、ジオスミンに典型的な土臭さを示すシアノバクテリアのゲノムを単離、配列決定、アセンブルした。形態学的研究では、オシレータリアレスの新しい土壌生態型が系統解析によって確認されたことから、Microcoleus asticus sp.細菌におけるジオスミン遺伝子の存在の私達の研究は、異なるニッチをカバーする、シアノバクテリア、アクチノバクテリア、デルタおよびガンマプロテオバクテリアの間で分散した分布を明らかにした。細菌のジオスミン遺伝子と遺伝子ツリーの詳細な解析から、細菌起源のジオスミン遺伝子は、異なる時間軸で連続的に失われた可能性があることが示唆された。シアノバクテリアのジオスミン遺伝子は淡水株と土壌株の間で高い配列類似性を示しており、ジオスミンの進化の歴史はニッチ適応と密接に関連しているという考えを補強している。

Cyanobacteria are ubiquitous organisms with a relevant contribution to primary production in all range of habitats. Cyanobacteria are well known for their part in worldwide occurrence of aquatic blooms while producing a myriad of natural compounds, some with toxic potential, but others of high economical impact, as geosmin. We performed an environmental survey of cyanobacterial soil colonies to identify interesting metabolic pathways and adaptation strategies used by these microorganisms and isolated, sequenced and assembled the genome of a cyanobacterium that displayed a distinctive earthy/musty smell, typical of geosmin, confirmed by GC-MS analysis of the culture's volatile extract. Morphological studies pointed to a new Oscillatoriales soil ecotype confirmed by phylogenetic analysis, which we named Microcoleus asticus sp. nov. Our studies of geosmin gene presence in Bacteria, revealed a scattered distribution among Cyanobacteria, Actinobacteria, Delta and Gammaproteobacteria, covering different niches. Careful analysis of the bacterial geosmin gene and gene tree suggests an ancient bacterial origin of the gene, that was probably successively lost in different time frames. The high sequence similarities in the cyanobacterial geosmin gene amidst freshwater and soil strains, reinforce the idea of an evolutionary history of geosmin, that is intimately connected to niche adaptation.