細菌の16S rRNA遺伝子の複数コピーの変異に関する情報は、種の同定に役立つ可能性がある。

16S RRNA遺伝子配列の可変領域分析は、細菌の分類学的研究で最も一般的なツールです。細菌種を区別するために使用されていますが、ゲノムにシーケンスの変動があるさまざまなコピー数が存在するため、その使用は限られたままです。この研究では、完全に組み立てられた全ゲノムおよびサンガーの電気泳動シーケンスから得られた16S RRNA遺伝子配列を、セラティアFonticola GS2からクローン化されたPCR産物の電気泳動シーケンスを比較しました。Sangerシーケンスは、16S RRNA遺伝子の複数のコピーからシーケンスの組み合わせを生成しました。16S rRNA遺伝子のバリアントコピーがサンガーシーケンスに影響を与えたかどうかを判断するために、異なる濃度のクローン16S rRNA遺伝子を持つ2つの比（5：5および8：2）を使用しました。同様のシーケンスを持つコピーの数が多いほど、増幅の可能性が高くなることが観察されました。16S RRNA遺伝子配列の分類学的分類に対する複数のコピーの効果を、GS2株をモデルとして使用して調査しました。最大変動を伴う16S rRNAのコピーでは、最小ペアワイズの類似性が99.42％であり、これは種の同定に影響を与えませんでした。したがって、可変16S rRNA遺伝子コピーを含むゲノムからのPCR産物は、16S rRNA遺伝子のコピーのシーケンスの類似性が高い種と、bacillus thuringiensisやbacillus cereusの場合を除き、種の同定に十分な情報を提供できます。長い読みのシーケンスからの1,616個の細菌ゲノムのシリコ分析も行われました。各門の平均最小ペアワイズの類似性は、16S RRNA遺伝子の平均ゲノムサイズと平均「ユニークなコピー」で報告され、門のプロテオバクテリアとしっかりしたものが16S rRNA遺伝子のコピーに最も多くの変動を示したことがわかりました。全体として、我々の結果は、細菌の16S rRNA遺伝子の複数のコピーの変動が適切な種の識別にどのように役立つかを明らかにしました。

Variable region analysis of 16S rRNA gene sequences is the most common tool in bacterial taxonomic studies. Although used for distinguishing bacterial species, its use remains limited due to the presence of variable copy numbers with sequence variation in the genomes. In this study, 16S rRNA gene sequences, obtained from completely assembled whole genome and Sanger electrophoresis sequencing of cloned PCR products from Serratia fonticola GS2, were compared. Sanger sequencing produced a combination of sequences from multiple copies of 16S rRNA genes. To determine whether the variant copies of 16S rRNA genes affected Sanger sequencing, two ratios (5:5 and 8:2) with different concentrations of cloned 16S rRNA genes were used; it was observed that the greater the number of copies with similar sequences the higher its chance of amplification. Effect of multiple copies for taxonomic classification of 16S rRNA gene sequences was investigated using the strain GS2 as a model. 16S rRNA copies with the maximum variation had 99.42% minimum pairwise similarity and this did not have an effect on species identification. Thus, PCR products from genomes containing variable 16S rRNA gene copies can provide sufficient information for species identification except from species which have high similarity of sequences in their 16S rRNA gene copies like the case of Bacillus thuringiensis and Bacillus cereus. In silico analysis of 1,616 bacterial genomes from long-read sequencing was also done. The average minimum pairwise similarity for each phylum was reported with their average genome size and average "unique copies" of 16S rRNA genes and we found that the phyla Proteobacteria and Firmicutes showed the highest amount of variation in their copies of their 16S rRNA genes. Overall, our results shed light on how the variations in the multiple copies of the 16S rRNA genes of bacteria can aid in appropriate species identification.