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Heterogeneity between 16S ribosomal RNA gene copies borne by one Desulfitobacterium strain is caused by different 100-200 bp insertions in the 5´ region

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Strains of Desulfitobacterium hafniense, such as strains PCP-1, DP7, TCE1, and TCP-A, have unusual long 16S ribosomal RNA (rRNA) genes due to an insertion of approximately 100 bp in the 5' region. In this report, we analyzed the 16S rRNA genes of different Desulfitobacterium strains to determine if such an insertion is a common feature of desulfitobacteria. We amplified this region by polymerase chain reaction (PCR) from eight Desulfitobacterium strains (D. hafniense strains PCP-1, DP7, TCP-A, TCE1, and DCB-2; D. dehalogenans; D. chlororespirans; and Desulfitobacterium sp. PCE1) and resolved each PCR product by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). All strains had from two to seven DGGE- migrating bands, suggesting heterogeneity in their 16S rRNA gene copies. For each strain, the 5' region of the 16S rRNA genes was amplified and a clone library was derived. Clones corresponding to most PCR–DGGE migration bands were isolated. Sequencing of representative clones revealed that the heterogeneity was generated by insertions of 100–200 bp. An insertion was found in at least one copy of the 16S rRNA gene in all examined strains. In total, we found eight different types of insertions (INS1–INS8) that varied from 123 to 193 nt in length. Two-dimensional structural analyses of transcribed sequences predicted that all insertions would form an energetically stable loop. Reverse transcriptase – PCR experiments revealed that most of the observed insertions in the Desulfitobacterium strains were excised from the mature 16S rRNA transcripts. Insertions were not commonly found in bacterial 16S rRNA genes, and having a different insertion in several 16S rRNA gene copies borne by a single bacterial species was rarely observed. The function of these insertions is not known, but their occurrence can have an important impact in deriving 16S rRNA oligonucleotidic fluorescence in situ hybridization probes, as these insertions can be excised from 16S rRNA transcripts.Key words: Desulfitobacterium, 16S ribosomal RNA genes, heterogeneity, gene insertions, fluorescence in situ hybridization.

Différentes souches de Desulfitobacterium hafniense telles PCP-1, DP7, TCE1 et TCP-A possèdent des gènes codant pour l'ARN ribosomique (ARNr) 16S d'une longueur inhabituelle, à cause d'une insertion d'environ 100 pb dans la région 5'. Dans cet article, nous avons analysé les gènes des ARNr 16S de différentes souches de Desulfitobacterium afin de déterminer si une telle insertion était une caractéristique commune aux désulfitobactéries. Nous avons amplifié cette région par une réaction en chaîne par polymérase (PCR) de huit souches de Desulfitobacterium (souches PCP-1, DP7, TCP-A, TCE1 et DCB-2 de D. hafniense, D. dehalogenans, D. chlororespirans et Desulfitobacterium sp. PCE1), et séparé chaque produit de PCR par électrophorèse sur gel à gradient dénaturant (DGGE). Chaque souche présentait de deux à sept bandes en DGGE, suggérant une hétérogénéité dans les copies des gènes d'ARNr 16S. Pour chaque souche, la région 5' des gènes d'ARNr 16S a été amplifiée et une génothèque a été générée. Les clones correspondant à la plupart des bandes détectées par PCR-DGGE ont été isolés. Le séquençage de clones représentatifs a révélé que cette hétérogénéité était générée par des insertions de 100-200 pb. Une insertion a été trouvée dans au moins une copie du gène d'ARNr 16S chez toutes les souches examinées. Au total, nous avons trouvé huit types différents d'insertion (identifiées INS1 à INS8) d'une longueur variant de 123 à 193 nt. Une étude structurelle à deux dimensions des séquences transcrites prédit que toutes les insertions formeraient une boucle énergétiquement stable. Les expériences en transcription inverse PCR ont révélé que la plupart de ces insertions chez Desulfitobacterium, mais pas toutes, étaient excisées dans les transcrits matures d'ARNr 16S. Des insertions ne sont pas fréquentes au sein des gènes d'ARNr 16S bactériens et le fait de trouver différentes insertions dans plusieurs copies de gènes chez une seule espèce bactérienne a rarement été observé. La fonction de ces insertions n'est pas connue mais leur occurrence pourrait avoir un impact important dans la conception de sondes d'oligonucléotides d'ARNr 16S pour l'hybridation in situ fluorescence car ces insertions peuvent être excisées des transcrits d'ARNr 16S.Mots-clés : Desulfitobacterium, gènes d'ARN ribosomique 16S, hétérogénéité, insertions géniques, hybridation in situ fluorescence.

Document Type: Research Article

Publication date: 2007-01-01

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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