توزيع تثبيت النيتروجين وتسلسلات شبيهة بالنيتروجيناز بين الجينومات الميكروبية

الخلفية: تُعرف القدرة الأيضية لتثبيت النيتروجين بأنها موجودة في العديد من الأنواع البكتيرية المِنثَرَة عبر المجموعات التصنيفية. يتطلب الكشف التجريبي عن تثبيت النيتروجين في الميكروبات ظروفًا محددة لكل نوع، مما يجعل من الصعب الحصول على تعداد شامل لهذه السمة. يُتيح الارتفاع السريع في توافر تسلسلات الجينوم الميكروبي فرصًا جديدة لإعادة فحص حدوث وتوزيع جينات تثبيت النيتروجين. الممارسة الحالية للتنبؤ الحسابي بتثبيت النيتروجين هي استخدام وجود جينات nifH و/أو nifD. النتائج: بناءً على مقارنة دقيقة لمجموعة جينات تثبيت النيتروجين في الأنواع المعروفة من الديازوتروفيات، نقترح معيارًا جديدًا للتنبؤ الحسابي بتثبيت النيتروجين: وجود مجموعة 최소ة من ستة جينات ترمز لمكونات هيكلية وأيضية، وهي NifHDK وNifENB. باستخدام هذا المعيار، أجرينا بحثًا شاملاً في الجينومات التي تم تسلسلها بالكامل وحددنا 149 نوعًا من الديازوتروفيات، بما في ذلك 82 ديازوتروفية معروفة و67 نوعًا غير معروفة بتثبيت النيتروجين. كان التوزيع التصنيفي لتثبيت النيتروجين في الأركيَا محدودًا بفصيلة Euryarchaeota؛ وفي نطاق البكتيريا، نتوقع أن يحدث تثبيت النيتروجين في 13 فصيلة مختلفة. من بين هذه الفصائل، كانت سبع فصائل لم تكن معروفة سابقًا بأنها تحتوي على أنواع قادرة على تثبيت النيتروجين. كما حددت تحليلاتنا تسلسلات بروتينات مشابهة للنيتروجيناز في الكائنات الحية التي لا تستوفي معايير مجموعة الجينات الدنيا. تشير وجود بروتينات شبيهة بالنيتروجيناز تفتقر إلى جزيئات المساعد المحفوظة في كل من الديازوتروفيات وغير الديازوتروفيات إلى إمكانية أدائها وظائف أيضية أخرى لم تُحدد بعد. الاستنتاجات: توسّع توقعاتنا التنوع التصنيفي المعروف لتثبيت النيتروجين، وتقترح أن هذه السمة قد تكون أكثر شيوعًا في الطبيعة مما يُعتقد حاليًا. يشير التوزيع التصنيفي المتنوع لبروتينات شبيهة بالنيتروجيناز إلى أدوار جديدة محتملة لأعضاء هذه المجموعة من الإنزيمات الذين تم تكرارهم منذ القدم وتباينهم.