Štúdium genetickej variability genómov bakteriofágov baktérie Xanthomonas campestris pv. campestris

Ing. Mária Kocanová

Disertační práce

Studium genetické variability genomů bakteriofágů bakterie Xanthomonas campestris pv. campestris

Anotace:

Dizertační práce je zaměřená na výzkum variability genomů bakteriofágů baktérie Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) pomocí vybraných sekvenčních metod. Literární část popisuje aktuální přehled ve výzkumu bakteriofágů, využívané kultivační, molekulární metody a také i charakteristiku patogenní baktérie Xcc. Experimentální část byla zaměřená na odběr infikovaných rostlinných častí z 36 produkčních ploch kapusty v rámci ČR. Symptomatické listy byly použité pro detekci patogenní baktérie Xcc a pro izolaci lytických bakteriofágů. V testech zaměřených na rozsah hostitelů byly vytipované bakteriální kultury, na kterých jednotlivé fágové lyzáty tvořily plaky. Čtyři vybrané lyzáty byly použity pro bližší popis pomocí TEM, kde byly získány snímky jejich virionových částic. Pro vybraného bakteriofága byl sestaven kompletní genom pomocí masivního paralelního sekvenování (HTS). Bakteriofág byl pojmenovaný Xanthomonas phage M29, délka jeho genomu je 42 281 bp, obsah GC 66 % a byl zaražený do nově vzniklého rodu Foxunavirus (Caudoviricetes). Má zjevně úzké hostitelské spektrum složené z 8 baktérii Xcc z 21 testovaných sbírkových kmenů Xcc. Dále proběhlo testovaní rozsahu hostitelů bakteriofága Xp M29 na naturálních izolátech Xcc, t.j. 35 izolátů z kterých Xp M29 lyzoval 8. V další časti byly experimenty zaměřeny na indukci lyzogenního cyklu u vybraného naturálního izolátu Xcc SU1 pomocí Mitomycinu C. Lyzát s potenciálně přítomnými bakteriofágy tvořil na senzitivní kultuře Xcc 3313 malé čiré plaky o velkosti 1 mm. Vzhledem na náhodný výskyt plaků o malém množství nebylo možné získat lyzát požadované kvality potřebný pro určení morfologie a další sekvenování. Proto byla využita data ze sekvencování genomu bakteriální kultury Xcc SU1. Byla zjištěná přítomnost dvou bakteriofágů – Xanthomonas phage fSU1 a Phietavirus SU1. Bakteriofág Xanthomonas phage fSU1 má velkost 10 987 bp a patří do čeledě Inoviridae. Bakteriofág Phietavirus SU1 má genom o velkosti 45 142 bp a patří do Cudoviricetes, resp. Siphoviridae a pravděpodobně se dostal do sekvenačních dát z necílové grampozitivní baktérie.

Abstract:

The focus of this thesis is the investigation of the variability of bacteriophage genomes of Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) using selected sequencing methods. The literature review describes the current state of bacteriophage research, the cultivation and molecular methods used, and the characteristics of the pathogenic bacterium Xcc. The experimental part was focused on collection of infected plant parts from 36 cabbage production fields in the CZ. These were used for the detection of the pathogenic bacterium Xcc and subsequently for the isolation of lytic bacteriophages. In host range tests, bacterial cultures on which individual phage lysates were able to form plaques were selected. Four selected lysates were used for characterization by TEM, where images of their virions were obtained. A complete genome was assembled for the selected bacteriophage using High throughput sequencing (HTS). The bacteriophage was named Xanthomonas phage M29, its genome length is 42,281 bp, GC content 66 %. It has been placed in the newly established genus Foxunavirus (Caudoviricetes). It has an apparently narrow host range composed of 8 Xcc bacteria from 21 Xcc collection strains tested. Next, the host range of bacteriophage Xp M29 was tested on natural isolates of Xcc, i.e. 35 isolates of which 8 were lysed by Xp M29. In the next section, the experiments were focused on the induction of the lysogenic cycle in a natural isolate of Xcc SU1 by Mitomycin C. The lysate with potentially present bacteriophages formed small clear plaques of 1 mm in size on the sensitive culture of Xcc 3313. Due to the random occurrence of plaques of small quantity, it was not possible to obtain lysate of the required quality needed for morphology determination and further sequencing. Therefore, whole genome sequencing data from the bacterial culture Xcc SU1 were used. The presence of two bacteriophages, Xanthomonas phage fSU1 and Phietavirus SU1 was detected. Xanthomonas phage fSU1 has a size of 10,987 bp belongs to the family Inoviridae. Bacteriophage Phietavirus SU1 has a genome size of 45,142 bp belongs to Cudoviricetes, Siphoviridae, respectively, and likely entered the sequencing data from a non-target Gram-positive bacterium.

Abstract:

Dizertačná práca je zameraná na výskum variability genómov bakteriofágov baktérie Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) pomocou vybraných sekvenačných metód. Literárna časť popisuje aktuálny prehľad vo výskume bakteriofágov, využívané kultivačné, molekulárne metódy a takisto aj charakteristiku patogénnej baktérie Xcc. Experimentálna časť bola zameraná na odber infikovaných rastlinných častí z 36 produkčných plôch kapusty v rámci ČR. Symptomatické listy boli použité pre detekciu patogénnej baktérie Xcc a pre izoláciu lytických bakteriofágov. V testoch zameraných na rozsah hostiteľov boli vytipované bakteriálne kultúry, na ktorých jednotlivé fágové lyzáty tvorili plaky. Štyri vybrané lyzáty boli použité pre bližší popis pomocou TEM, kde boli získané snímky ich viriónových častíc. Pre vybraného bakteriofága bol zostavený kompletný genóm pomocou masívne paralelného sekvenovania (HTS). Bakteriofág bol pomenovaný Xanthomonas phage M29, dĺžka jeho genómu je 42 281 bp, obsah GC 66 % a bol zaradený do novovzniknutého rodu Foxunavirus (Caudoviricetes). Má zjavne úzke hostiteľské spektrum zložené z 8 baktérii Xcc z 21 testovaných zbierkových kmeňov Xcc. Ďalej prebehlo testovanie rozsahu hostiteľov bakteriofága Xp M29 na naturálnych izolátoch Xcc, t.j. 35 izolátov z ktorých Xp M29 lyzoval 8. V ďalšej časti boli experimenty zamerané na indukciu lyzogénneho cyklu u vybraného naturálneho izolátu Xcc SU1 pomocou Mitomycínu C. Lyzát s potencionálne prítomnými bakteriofágmi tvoril na senzitívnej kultúre Xcc 3313 malé číre plaky o veľkosti 1 mm. Vzhľadom na náhodný výskyt plakov o malom množstve nebolo možné získať lyzát požadovanej kvality potrebný pre určenie morfológie a ďalšie sekvenovanie. Preto boli využité dáta zo sekvenovania genómu bakteriálnej kultúry Xcc SU1. Bola zistená prítomnosť dvoch bakteriofágov – Xanthomonas phage fSU1 a Phietavirus SU1. Bakteriofág Xanthomonas phage fSU1 má veľkosť 10 987 bp a patrí do čeľade Inoviridae. Bakteriofág Phietavirus SU1 má genóm o veľkosti 45 142 bp patrí do Cudoviricetes, resp. Siphoviridae a pravdepodobne sa dostal do sekvenačných dát z necieľovej grampozitívnej baktérie.

Klíčová slova

Xanthomonas campestris pv. campestris, lytické bakteriofágy, lyzogenní bakteriofágy, masivně paralelní sekvenování (HTS)

Keywords

lytic bacteriophages, lysogenic bacteriophages, High throughput sequencing (HTS), Xanthomonas campestris pv. campestris

Klíčová slova

Xanthomonas campestris pv. campestris, lytické bakteriofágy, lyzogénne bakterifágy, masívne paralelné sekvenovanie (HTS)

Jazyk práce: slovenština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 31. 7. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Aleš Eichmeier, Ph.D.

Mendelova univerzita v Brně

Zahradnická fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Zahradnické inženýrství / Zahradnictví