Comparative and genetic analysis of the four sequenced Paenibacillus polymyxa genomes reveals a diverse metabolism and conservation of genes relevant to plant-growth promotion and competitiveness.

Eastman, A.W., Heinrichs, D.E., et Yuan, Z.-C. (2014). « Comparative and genetic analysis of the four sequenced Paenibacillus polymyxa genomes reveals a diverse metabolism and conservation of genes relevant to plant-growth promotion and competitiveness. », BMC Genomics, 15(851), p. 22 pages. doi : 10.1186/1471-2164-15-851  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Contexte Les membres du genre Paenibacillus sont d’importantes rhizobactéries favorisant la croissance des plantes et pouvant servir de bioréacteurs. Le Paenibacillus polymyxa favorise la croissance d’une variété de cultures importantes sur le plan économique. Notre laboratoire a récemment déterminé la séquence génomique du Paenibacillus polymyxa CR1. Depuis janvier 2014, quatre génomes de P. polymyxa ont été entièrement déterminés, mais aucune analyse génomique comparative n’a fait l’objet d’un rapport. Résultats Nous rapportons ici les analyses comparatives et génétiques de quatre génomes séquencés de P. polymyxa, lesquelles révèlent un important génome-cœur conservé. Des voies métaboliques et des réseaux de régulation complexes ont été hautement conservés et permettent au P. polymyxa de répondre rapidement à des signaux environnementaux dynamiques. Les gènes responsables de la synthèse des phytohormones, de la solubilisation des phosphates, de l’acquisition du fer, de la régulation de la transcription, des facteurs σ, des réponses au stress, des transporteurs et de la dégradation de la biomasse étaient bien conservés, ce qui indique qu’il existe un lien étroit entre les plantes hôtes et la rhizosphère. De plus, les gènes responsables de la résistance antimicrobienne et de la synthèse non ribosomale des peptides/polycétides sont présents à la fois dans le génome-cœur et dans le génome accessoire de chaque souche. Les analyses comparatives ont également révélé des variations dans le génome accessoire, y compris la présence de grands plasmides chez les souches M1 et SC2. En outre, un nombre considérable de gènes et d’îlots génomiques propres aux souches sont répartis de façon irrégulière dans l’ensemble de chacun des génomes. Bien qu’une variété de caractères favorisant la croissance des plantes soient encodés chez toutes les souches, seul le P. polymyxa CR1 encode la famille de gènes unique responsable de la fixation de l’azote, que l’on trouve chez les autres Paenibacillus sp. Conclusion Notre étude a révélé que les loci génomiques utiles dans l’interaction avec les hôtes et la capacité d’adaptation sont hautement conservés dans les génomes de P. polymyxa analysés, malgré les variations dans le génome accessoire. Ces travaux donnent à penser que la croissance des plantes favorisée par le P. polymyxa est en grande partie médiée par la production de phytohormones, par la disponibilité accrue de nutriments et par des mécanismes de lutte biologique. La présente étude permet d’acquérir une compréhension approfondie de l’architecture du génome de cette espèce, ce qui facilitera l’ingénierie et l’élaboration d’applications génétiques dans les secteurs de l’agriculture, de l’industrie et de la médecine. La présente étude met par ailleurs en évidence les lacunes actuelles sur le plan de notre compréhension du métabolisme complexe des bactéries à Gram positif dans la biomasse végétale.

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