مطالعه ژنوم آنزیم های کربنیک آنهیدراز α, β و γ موجود در میکروبیوم گرمادوست درمحیط های هیدروترمال ونت دریایی

کربنیک انیدرازها (cas) متالوآنزیم هایی هستند که می توانند با هیدراته کردن دی اکسید کربن به بقای ارگانیسم ها در دریچه های گرمابی کمک کنند. در این مطالعه، ما روی کربنیک انهیدراز های آلفا (α)، بتا (β) و گاما (γ) ca موجود در میکروبیوم گرما دوست دریچه‌های هیدروترمال دریایی تمرکز می‌کنیم. ژن‌های کدکننده این آنزیم‌ها می‌توانند از طریق انتقال افقی ژن، که یک ابزار مهم در تنوع زیستی طبیعی هستند، بین موجودات دریچه گرمابی منتقل گردند. ما مطالعات داده‌کاوی و بیوانفورماتیک را روی ژن‌های کدکننده α-، β- و γ-ca از میکروبیوم گرما دوست دریچه‌های گرمابی دریایی انجام دادیم. نتایج نشان داد که رابطه تکاملی معقولی بین α-، β- و γ-caهای پایدار در برابر گرما در جمعیت میکروبی دریچه‌های گرمابی وجود دارد. این رابطه می تواند به دلیل انتقال افقی ژن باشد. ما شواهدی از انتقال افقی ژن کربنیک انهیدراز آلفا و بتا بین cycloclasticus sp که‌همزیست bathymodiolus heckerae است و همزیست درونی riftia pachyptila از طریق اینتگرون مشاهده‌شد. همچنین، انتقال افقی ژن کربنیک انهیدراز بتا از همزیست درونی tevnia jerichonana به‌همزیست درونی riftia pachyptila و بالعکس، بسیار محتمل است. علاوه‌ بر آن hydrogenovibrio crunogenus sp-41 ، روی جزایر ژنی خود، یک ژن کربنیک انهیدراز بتا دارد که‌این ژن می‌تواند به ‌hydrogenovibrio sp. ma2-6،. همزیست درونی متانوتروفیک bathymodiolus azoricus و همزیست درونی متانوتروفیک bathymodiolus puteoserpentis منتقل شود. به عنوان یک همزیستی از b. heckerae، از طریق hgt، تئوری نیاز به آنزیم های ca پایدار در برابر حرارت برای بقا در اکوسیستم شدید دریچه های گرمابی پیشنهاد شده است و به حفظ تنوع طبیعی میکروبیوم در دریچه های گرمابی کمک می کند. این اکوسیستم های خشن، با بازیگران جدایی ناپذیر خود، مانند انتقال افقی ژن و درون همزیست ها، به طور قابل توجهی بر غنی سازی حیات روی زمین و چرخه کربن در اقیانوس تاثیر می گذارند.

genome study of α-, β-, and γ-carbonic anhydrases from the thermophilic microbiome of marine hydrothermal

carbonic anhydrases (cas) are metalloenzymes that can help organisms survive in hydrother-mal vents by hydrating carbon dioxide. in this study, we focus on alpha (α), beta (β), and gamma (γ) cas, which are present in the thermophilic microbiome of marine hydrothermal vents. the coding genes of these enzymes can be transferred between hydrothermal-vent organisms via horizontal gene transfer (hgt), which is an important tool in natural biodiversity. we performed big data mining and bioinformatics studies on α-, β-, and γ-ca coding genes from the thermophilic microbiome of marine hydrothermal vents. the results showed a reasonable association between thermostable α-, β-, and γ-cas in the microbial population of the hydrothermal vents. this relationship could be due to hgt. we found evidence of hgt of α- and β-cas between cycloclasticus sp., a symbiont of bathymodiolus heckerae, and an endosymbiont of riftia pachyptila via integrons. conversely, hgt of β-ca genes from the endosymbiont tevnia jeri-chonana to the endosymbiont riftia pachyptila was detected. in addition, hydrogenovibrio crunogenus sp-41 contains a β-ca gene on genomic islands (gis). this gene can be transferred by hgt to hydrogenovibrio sp. ma2-6, a methanotrophic endosymbiont of bathymodiolus azoricus, and a methanotrophic endosymbiont of bathymodiolus puteoserpentis. the endosymbiont of r. pachyptila has a γ-ca gene in the genome. if α- and β-ca coding genes have been derived from other microorganisms, such as endosymbionts of t. jerichonana and cycloclasticus sp. as the endosymbiont of b. heckerae, through hgt, the theory of the necessity of thermostable ca enzymes for survival in the extreme ecosystem of hydrothermal vents is suggested and helps the conservation of microbiome natural diversity in hydrothermal vents. these harsh ecosystems, with their integral players, such as hgt and endosymbionts, significantly impact the enrichment of life on earth and the carbon cycle in the ocean.