Phylogenetical approach for the search of valuable metabolic products in cyanobacteria

Abstract

Based on CrtP gene analysis we showed how phylogenetic approach could be used for detection of potentially efficient carotenoids producers, identification of their unknown isolates and for primer design for the screening of useful genes. ML analysis of the gene crtP in 15 taxa Journal of ASM. Life Sciences. No. 2(326) 2015 198 of cyanobacteria has shown that two cyanobacteria groups – Anabaena and Nostoc might be artificial and polyphyletic. More isolates and genes should be included in such analysis to detect possible horizontal gene transfer events in evolution of branching filamentous cyanobacteria. Phylogenetic analysis can be helpful in identification of unknown isolates. So, on our tree crtP gene of unknown bacterium (clone 66415, acc. # KP445989) is nested together with the gene of Nostoc punctiforme and possibly represents the same or closely related species. For crtP gene we have determined the fragment with total length 1350 nucleotide basepairs (450 amino acids) with no intones and pretty uniform structure with small insert of seven amino acids in the beginning of the sequence right after first conserved region. Both starting and ending part of this fragment with length of 39 nucleotide basepairs are well conserved (same aminoacids with no changes or minor differences in 3rd codon positions) are very suitable for primer design.

На примере гена CrtP показано, каким образом филогенетический анализ может быть применен для поиска потенциальных производителей каротиноидов, для идентификации неизвестных изолятов и для проектирования праймеров с целью поиска полезных генов. ML анализ гена CrtP 15 таксонов цианобактерий показал что две группы-Anabaena și Nostoc могут быть искусственными или полифилетическими. Филогенетический анализ может быть применен также для идентификации неизвестных изолятов. На нашем филогенетическом дереве полученном для гена CrtP неизвестный изолят (клон 66415, acc. # KP445989) накладывается на Nostoc punctiforme PCC 73102 и следовательно, является тем же штаммом или же очень близким к нему. Для гена CrtP был определен участок общей длиной 1350 пар оснований (450 аминокислот), без интронов, с гомогенной структурой и инсерционным участком из 7 аминокислот в начале последовательности, непосредственно после первого консервативного участка. Начальные и концевые участки данного фрагмента длиной 39 пар оснований консервативны (одни и те же аминокислоты или минорные различия в зависимости от третьего основания в кодоне) и подходят для дизайна праймеров.