Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1060810.32607/20758251-2013-5-1-90-100Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleGenetic Diversity of Bacillus thuringiensis from Different Geo-Ecological Regions of Ukraine by Analyzing the 16S rRNA and gyrB Genes and by AP-PCR and saAFLPИзучение генетического разнообразия Bacillus thuringiensis, выделенных в различных эколого-географических зонах Украины, при помощи анализа генов 16S рРНК, gyrB и методов aP-ПЦР и saAFLPPuninaN. V.ПунинаН. В.
Russian Federation
hin-enkelte@yandex.ruZotovV. S.ЗотовВ. С.
Russian Federation
hin-enkelte@yandex.ruParkhomenkoA. L.ПархоменкоA. Л.
Ukraine
hin-enkelte@yandex.ruParkhomenkoT. Y.ПархоменкоT. Ю.
Ukraine
hin-enkelte@yandex.ruTopunovA. F.ТопуновA. Ф.
Russian Federation
hin-enkelte@yandex.ruBach Institute of Biochemistry, Russian Academy of SciencesИнститут биохимии им. А.Н. Баха РАНBach Institute of Biochemistry, Russian Academy of SciencesМедико-генетический научный центр РАМНInstitute of Agriculture of Crimea, National Academy of Agrarian Sciences of UkraineИнститут сельского хозяйства Крыма Национальной академии аграрных наук Украины1503201351VOL 5, NO1 (2013)ТОМ 5, №1 (2013)9010017012020Copyright ©; 2013, Punina N.V., Zotov V.S., Parkhomenko A.L., Parkhomenko T.Y., Topunov A.F.Copyright ©; 2013, Пунина Н.В., Зотов В.С., Пархоменко A.Л., Пархоменко T.Ю., Топунов A.Ф.2013Punina N.V., Zotov V.S., Parkhomenko A.L., Parkhomenko T.Y., Topunov A.F.Пунина Н.В., Зотов В.С., Пархоменко A.Л., Пархоменко T.Ю., Топунов A.Ф.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10608

The Bacillus cereus group consists of closely related species of bacteria and is of interest to researchers due to its importance in industry and medicine. However, it remains difficult to distinguish these bacteria at the intra- and inter-species level. Bacillus thuringiensis (Bt) is a member of the B. cereus group. In this work, we studied the inter-species structure of five entomopathogenic strains and 20 isolates of Bt, which were collected from different geo-ecological regions of Ukraine, using various methods: physiological and biochemical analyses, analysis of the nucleotide sequences of the 16S rRNA and gyrB genes, by AP-PCR (BOX and ERIC), and by saAFLP. The analysis of the 16S rRNA and gyrB genes revealed the existence of six subgroups within the B. cereus group: B anthracis, B. cereus I and II, Bt I and II, and Bt III, and confirmed that these isolates belong to the genus Bacillus. All strains were subdivided into 3 groups. Seventeen strains belong to the group Bt II of commercial, industrial strains. The AP-PCR (BOX and ERIC) and saAFLP results were in good agreement and with the results obtained for the 16S rRNA and gyrB genes. Based on the derived patterns, all strains were reliably combined into 5 groups. Interestingly, a specific pattern was revealed by the saAFLP analysis for the industrial strain Bt 0376 р.о., which is used to produce the entomopathogenic preparation “STAR-t”.

Группа Bacillus cereus, включающая в себя близкородственные виды бактерий, представляет боль- шой интерес с биотехнологической, сельскохозяйственной и медицинской точек зрения. Однако дифференциация видов внутри данной группы и изучение их внутривидового разнообразия представляют сложную задачу, требующую комплексного решения. Бактерии вида Bacillus thuringiensis (Bt) входят в состав группы B. cereus. В представленной работе изучена внутривидовая структура пяти энтомопатогенных штаммов и 20 изолятов Bt, выделенных в различных эколого-географических зонах Украины, при помощи различных методов: анализа нуклеотидных последовательностей генов 16S рРНК и gyrB, AP-ПЦР (BOX- и ERIC- ПЦР) и разработанного нами метода saAFLP. Анализ нуклеотидных последовательностей генов 16S рРНК и gyrB позволил выделить внутри группы B. cereus шесть подгрупп: B. anthracis, B. cereus I и II, Bt I, II и III, и подтвердить принадлежность изучаемых штаммов к роду Bacillus. Все штаммы были разделены на три группы, 17 из них отнесли к группе Bt II коммерческих, промышленных штаммов. Результаты, полученные методами AP-ПЦР (BOX и ERIC) и saAFLP, хорошо коррелировали друг с другом и с данными для генов 16S рРНК и gyrB. Все штаммы были объединены в пять групп. У штамма Bt 0376 р.о., применяющегося в производстве энтомопатогенного препарата «STAR-t», выявлен уникальный saAFLP-паттерн, который позволяет отличать его от других штаммов группы Bt II.

bacillus cereus groupB.thuringiensis16S ribosomal RNAgyrBsaAFLPtaxonomyphylogenyгруппа Bacillus cereusBacillus thuringiensis16S рибосомная РНКgyrBsaAFLPтаксономияфилогения1. Hofte H., Whiteley H.R. // Microbiol. Rev. 1989. V. 53. P. 242-255.2. Feitelson J.S. // Advanced engineered pesticides / Ed. Kim L. N.Y.: Marcel Dekker, 1993. P. 63-72.3. Crickmore N., Zeigler D.R., Feitelson J., Schnepf E., Vanrie J., Lereclus D., Baum J., Dean D.H. // Microbiol. Rev. 1998. V. 62. P. 807-813.4. Aronson A.I., Beckman W., Dunn P. // Microbiol. Rev. 1986. V. 50. P. 1-24.5. Rowe G.E., Margaritis A. // Crit. Rev. Biotechnol. 1987. V. 6. P. 87-127.6. Baumann L., Okamoto K., Unterman B.M., Lynch M.J., Baumann P. // J. Invertebr. Pathol. 1984. V. 44. P. 329-341.7. Aronson A.I. // Bacillus subtilis and other gram-positive bacteria: biochemistry, physiology, and molecular genetics // Eds. Sonenshein A.B., Hoch J.A., Losick R. Washington, D.C.: Amer. Soc. Microbiol., 1993. P. 953-963.8. Ash C., Farrow J.A.E., Dorsch M., Stackebrandt E., Collins M.D. // Int. J. Syst. Bacteriol. 1991. V. 41. P. 343-346.9. Carlson C.R., Caugant D.A., Kolsto A.-B. // Appl. Environ. Microbiol. 1994. V. 60. P. 1719-1725.10. Wunschel D., Fox K.F., Black G.E., Fox A. // Syst. Appl. Microbiol. 1994. V. 17. P. 625-635.11. Bourque S.N., Valero J.R., Lavoie M.C., Levesque R.C. // Appl. Environ. Microbiol. 1995. V. 61. P. 1623-1626.12. Helgason E., Оkstad O.A., Caugant D.A., Johansen H.A., Fouet A., Mock M., Hegna I., Kolsto A.-B. // Appl. Environ. Microbiol. 2000. V. 66. P. 2627-2630.13. Chen M.L., Tsen H.Y. // J. Appl. Microbiol. 2002. V. 92. P. 912-919.14. Thorne C.B. // Bacillus subtilis and other gram-positive bacteria / Ed. Soneshein A.L. Washington, D.C.: Amer. Soc. Microbiol., 1993. P. 113-124.15. de Barjac H., Franchan E. // Entomophaga. 1990. V. 35. P. 233-240.16. Lecadet M.-M., Frachon E., Cosmao Dumanoir V., Ripouteau H., Hamon S., Laurent P., Thiery I. // J. Appl. Microbiol. 1999. V. 86. P. 660-672.17. Hansen B.M., Damgaard P.H., Eilenberg J., Pedersen J.C. // J. Invertebr. Pathol. 1998. V. 71. P. 106-114.18. Helgason E., Caugant D.A., Lecadet M.-M., Chen Y., Mahillon J., Hegna I., Kvaloy K., Kolsto A.-B. // Curr. Microbiol. 1998. V. 37. P. 80-87.19. Priest F.G., Barker M., Baillie L.W.J., Holmes E.C., Maiden M.C.J. // J. Bacteriol. 2004. V. 186. № 23. P. 7959-7970.20. Somerville H.J., Jones M.L. // J. Gen. Microbiol. 1982. V. 73. P. 257-265.21. Ko K.S., Kim J.M., Kim J.W., Jung B.Y., Kim W., Kim I.J., Kook Y.H. // J. Clin. Microbiol. 2003. V. 41. P. 2908-2914.22. Kiem P., Kalif A., Schupp J., Hill K., Travis S.E., Richmond K., Adair D.M., Hugh-Jones M., Kuske C.R., Jackson P. // J. Bacteriol. 1997. V. 179. P. 818-824.23. Hill K., Ticknor L., Okinaka R., Asay M., Blair H., Bliss K., Laker M., Pardington P., Richardson A., Tonks M., et al. // Appl. Environ. Microbiol. 2004. V. 70. P. 1068.24. Ticknor L.O., Kolsto A.-B., Hill K.K., Keim P., Laker M.T., Tonks M., Jackson P.J. // Appl. Environ. Microbiol. 2001. V. 67. P. 4863-4873.25. Joung K.-B., Cote J.-C. // J. Appl. Microbiol. 2001. V. 90. P. 115-122.26. Epplen J.T., Ammer H., Epplen C. / Oligonucleotide Fingerprinting Using Simple Repeat Motifs: A Convenient, Ubiquitously Applicable Method To Detect Hypervariability for Multiple Purposes // Eds Burke G., Dolf G., Jeffreys A.J., Wolff R. Basel: Birkhauser, 1991. P. 50-69.27. Louws F.J., Fulbright D.W., Stephens C.T., de Bruijn F.J. // Appl. Environ. Microbiol. 1994. V. 60. P. 2286-2295.28. Chaley M.B., Korotkov E.V., Skryabin K.G. // DNA Res. 1999. V. 6. P. 153-163.29. Boulygina E.S., Ignatov A.N., Tsygankova S.V., Korotkov E.V., Kuznetsov B.B. // Microbiology. 2009. V. 78. № 6. P. 703-710.30. Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology, 2nd Ed. // Eds Logan N.A., De Vos P. N.Y.: Springer, 2009. № 3. P. 21-128.31. Manual of Methods for General Bacteriology // Eds Gerhardt P., Murray R.G., Costilow R.N., Nester E.W., Wood M.W., Krieg N.R., Phillips G.B. Washington, DC: Am. Soc. Microbiol., 1981. P. 232-234.32. Sanger F., Air G.M., Barrell B.G. // Nature. 1977. V. 265. P. 687-695.33. Lane D.J. / 16S/23S rRN A sequencing. Nucleic Acid Techniques in Bacterial Systematics // Eds Stackebrandt E., Goodfellow M. N.Y.: Wiley, 1991. P. 115-175.34. Yamamoto S., Harayama S. // Appl. Environ. Microbiol. 1995. V. 61. P. 1104-1109.35. Zotov V.S., Punina N.V., Khapchaeva S.A., Didovich S.V., Melnichuk T.N., Topunov A.F. // Ekologicheskaya genetika. 2012. V. 2. P. 49-62.36. Zabeau M., Vos P. Selective restriction fragment amplification: a general method for DNA fingerprinting // European Patent Office. Munich. Germany. 1993. Publication 0534858A1.37. Altschul S.F., Gish W., Miller W. // J. Mol. Biol. 1990. V. 215. P. 403-410.38. Thompson J.D., Higgins D.G., Gibson T.J. // Nucl. Acids Res. 1994. V. 22. P. 4673-4680.39. Hall T.A. // Nucl. Acids Symp. Ser. 1999. V. 41. P. 95-98.40. Kumar S., Tamura K., Nei M. // Briefings in Bioinformatics. 2004. V. 5. P. 150-163.41. Nei M., Kumar S. Molecular evolution and phylogenetics. N.Y.: Oxford Univ. Press, 2000. P. 336.42. Rzetsky A., Nei M. // Mol. Biol. Evol. 1992. V. 9. P. 945-967.43. Priest F.G. / DNA homology in the genus Bacillus. In The Aerobic Endospore-Forming Bacteria // Eds Berkeley R.C.W., Goodfellow M. London: Acad. Press, 1981. P. 33-57.44. Daffonchio D., Cherif A., Borin S. // Appl. Environ. Microbiol. 2000. V. 66. P. 5460-5468.45. Bavykin S.G., Lysov Y.P., Zakhariev V., Kelly J.J., Jackman J., Stahl D.A., Cherni A. // J. Clin. Microbiol. 2004. V. 42. № 8. P. 3711-3730.46. Wang L.T., Lee F.L., Tai C.J., Kasai H. // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 2007. V. 57. P. 1846-1850.47. La Duc M.T., Satomi M., Agata N., Venkateswaran K. // J. Microbiol. Meth. 2004. V. 56. P. 383-394.48. Librado P., Rozas J. // Bioinformatics. 2009. V. 25. P. 1451-1452.49. Parkhomenko A.L., Parkhomenko T.U., Lesovoy N.M. // Scientific notes of Taurida V. Vernadsky National University. Series: Biology, Chemistry. 2009. V. 22. № 3. P. 96-100.