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Predicting nitrite oxidation using evolutionary genomics
Kilian Gandolf
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Bioinformatik
Betreuer*in
Thomas Rattei
DOI
10.25365/thesis.76916
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-10020.60949.799126-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Nitrifikation ist ein mehrstufiger Prozess der ein wesentlicher Bestandteil des globalen Stickstoffkreislaufs ist. Der letzte Schritt der Nitrifikation ist die Oxidation von Nitrit zu Nitrat. In diesem Projekt wurden die Genome von Organismen untersucht, die zur NarG-catalysierten Nitritoxidation fähig sind. Eine phylogenetische Analyse der NarG-Sequenzen deutet darauf hin, dass die nitrifizierende Variante nicht ursprünglich von den Organismen stammt, die heute als Nitritoxidierer bekannt sind, und daher auch in anderen Organismen vorhanden ist. Unser Ziel war es, Eigenschaften von nitrifizierenden Organismen zu identifizieren, die sie von ihren nicht-nitrifizierenden Verwandten unterscheiden, am Beispiel der bekannten Genera Nitrobacter und Nitrococcus. Diese Eigenschaften können helfen, die Nitritoxidationsfähigkeit in anderen Organismen vorherzusagen. Im Rahmen des Projekts führten wir phylogenetische und pangenomische Analysen durch, um Gene zu identifizieren die exklusiv für diese Nitrifizierer sind. Schließlich führten wir Strukturvorhersagen durch, um verschiedene Interaktionsmöglichkeiten mit dem Nar-Komplex zu bewerten. Eine wichtige Entdeckung war das Protein NarC, dessen Verbreitung in der NarG-Phylogenie auf eine konservierte evolutionäre Rolle im Nar-Komplex hindeutet. Strukturvorhersagen wiesen auf einen vierteiligen Komplex (NarGHIC) hin. Wir untersuchten auch die Möglichkeit, dass das membrangebundene Cytochrom PIP 736 den Elektronentransport zwischen NarGHIC und COX vermitteln könnte.
Abstract
(Englisch)
Nitrification is a multistep process that is a crucial component of the global nitrogen cycle. The last step of nitrification is nitrite oxidation. This project investigated the genomes of organisms capable of NarG-mediated nitrite oxidation. Phylogenetic analysis of NarG-sequences suggests that the nitrifying variant does not initially stem from the organisms that are now known to perform nitrite oxidation and is likely to be present in other organisms as well. Our goal was to identify properties common to nitrifying organisms that set them apart from their non-nitrifying relatives by the example of the well-known genera Nitrobacter and Nitrococcus. These properties should aid in the prediction of nitrite oxidation abilities in other organisms. During the project, we conducted phylogenetic and pangenomic analyses to identify genes exclusive to these nitrifiers, with particular emphasis on colocalized gene clusters. Once the set of exclusive genes was known, we performed structure predictions to assess different types of interaction with the Nar complex. One key discovery was the identification of the protein NarC, whose distribution across the NarG phylogeny suggests a conserved evolutionary role in the Nar complex. Structural predictions indicated a four-subunit complex (NarGHIC), and we investigated the possibility that the membrane-bound cytochrome PIP 736 might mediate electron transport between NarGHIC and COX, though this remains to be confirmed.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Pangenom
Autor*innen
Kilian Gandolf
Haupttitel (Englisch)
Predicting nitrite oxidation using evolutionary genomics
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
57 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Thomas Rattei
Klassifikation
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.99 Naturwissenschaften allgemein. Sonstiges
AC Nummer
AC17356108
Utheses ID
73011
Studienkennzahl
UA | 066 | 875 | |