Molecular Genetics, Microbiology and Virology №2 2010

G. B. Smirnov
Gamaleya Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow, Russia

Repeats in Bacterial Genomes: Evolutionary Considerations

Contemporary data on repeated nucleotide sequences (repeats) in bacterial genomes are discussed. Different classifications and distribution of the repeats in the genomes of bacteria belonging to different species are reviewed. Comparative data on the density of repeats in the genomes of pathogenic and non-pathogenic bacteria, as well as in the genes encoding different functions of microbial cell (genes of stress response, genes controlling DNA metabolism and repair, etc.), are discussed. The role of the repeats in the uptake and loss of genetic material by bacterial genomes is discussed. It is suggested that repeats are responsible not only for the functioning of bacterial genome at the given moment of time, but also for the structures of the implicit genomes, which may appear in the future due to evolutionary significant genomic rearrangements.

Key Words:  repeats, evolution, natural selection, nucleotide context, stress conditions, recombination

REFERENCES

1. Смирнов Г. Б. // ВНИИМИ. Медицина и здравоохранение. Сер.: эпидемиология, вирусология и инфекционные заболевания. — М., 1988. — Вып. 1. — С. 1.

2. Смирнов Г. Б. // Успехи соврем. биол. — 2008. — Т. 128, № 1. — С. 52—76.

3. Achaz G., Rocha E. P. C., Netter P., Coissac E. // Nucl. Acids Res. — 2002. — Vol. 30, N 13. — P. 2987—2994.

4. Aras R. A., Kang J., Tschumi A. I. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2003. — Vol. 100, N 23. — P. 13579—13584.

5. Barrangou R., Fremaux C., Deveau H. et al. // Science. — 2007. — Vol. 315. — P. 1709—1712.

6. Bi X., Liu L. F. // Prog. Nucl. Acid Res. Mol. Biol. — 1996. — Vol. 54. — P. 253—292.

7. Brinig M. M., Cummings C. A., Sanden G. N. et al. // J. Bacteriol. — 2006. — Vol. 188, N 7. — P. 2375—2382.

8. Chédin F., Dervyn E., Ehrlich S. D., Noirot P. // Mol. Microbiol. — 1994. — Vol. 12. — P. 561—569.

9. Claverie J. M., Ogata H. // Trends Biochem. Sci. — 2003. — Vol. 28, N 2. — P. 75—80.

10. Cole S. T., Eiglmeier K., Parkhill J. et al. // Nature. — 2001. — Vol. 409. — P. 1007—1011.

11. Davidsen T., Rödland E. A., Lagesen K. et al. // Nucl. Acids Res. — 2004. — Vol. 32, N 3. — P. 1050—1058.

12. De Bolle X., Bayliss C. D., Field D. et al. // Mol. Microbiol. — 2000. — Vol. 35. — P. 211—222.

13. Deitsch K. W., Moxon E. R., Wellems T. E. // Microbiol. Mol. Biol. Rev. — 1997. — Vol. 61. — P. 281—293.

14. Eckert K. A., Yan G. // Nucl. Acids Res. — 2000. — Vol. 28. — P. 2831—2838.

15. Fetherson J. D., Schuetze P., Perry R. D. // Mol. Microbiol. — 1992. — Vol. 6. — P. 2693—2704.

16. Goldberg M. B. // Microbiol. Mol. Biol. Rev. — 2001. — Vol. 65, N 4. — P. 595—626.

17. Ishino Y., Shinagawa H., Makino K. et al. // J. Bacteriol. — 1987. — Vol. 169, N 12. — P. 5429—5433.

18. Jansen R., van Embden J. D., Gaastra W., Schouls L. M. // OMICS. — 2002. — Vol. 6. — P. 23—33.

19. Jansen R., van Embden J. D., Gaastra W., Schouls L. M. // Mol. Microbiol. — 2002. — Vol. 43, N 6. — P. 1565—1575.

20. Koonin E. V., Wolf Y. I. // Nucl. Acids Res. — 2008. — Vol. 36, N 21. — P. 6688—6719.

21. Levinson G., Gutman G. A. // Mol. Biol. Evol. — 1987. — Vol. 4. — P. 203—221.

22. Lovett S. T., Gluckman T. J., Simon P. J. et al. // Mol. General Genet. — 1994. — Vol. 245. — P. 294—300.

23. Mahillon J., Chandler M. // Microbiol. Mol. Biol. Rev. — 1998. — Vol. 62, N 3. — P. 725—774.

24. Maniloff J. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 1996. — Vol. 93. — P. 10004—10006.

25. Marraffini L. A., Sontheimer E. J. // Science. — 2008. — Vol. 322, N 5909. — P. 1843—1854.

26. Mojica F. J. M., Diez-Villasenor C., Garcia-Martinez J., Almendros C. // Microbiology. — 2009. — Vol. 155. — P. 733—740.

27. Nierman W. C., De Shazer D., Kim H. S. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2004. — Vol. 101. — P. 14246—14251.

28. Ogata H., Audic S., Abergel C. et al. // Genome Res. — 2002. — Vol. 12. — P. 808—816.

29. Ogata H., Suhre K., Claverie J.-M. // Trends Microbiol. — 2005. — Vol. 13, N 6. — P. 253—254.

30. Peeters B. P., de Boer J. H., Bron S., Venema H. // Mol. General Genet. — 1988. — Vol. 212. — P. 450—458.

31. Pierce J. C., Kong D., Masker W. // Nucl. Acids Res. — 1991. — Vol. 19. — P. 3901—3905.

32. Rocha E. P. C., Danchin A., Viari A. // Mol. Biol. Evol. — 1999. — Vol. 16, N 9. — P. 1219—1230.

33. Rocha E. P. C., Matic I., Taddei F. // Nucl. Acids Res. — 2002. — Vol. 30, N 9. — P. 1886—1894.

34. Rocha E. P. C., Blanchard A. // Nucl. Acids Res. — 2002. — Vol. 30, N 9. — P. 2031—2042.

35. Rocha E. P. C. // Genome Res. — 2003. — Vol. 13. — P. 1123—1132.

36. Romero D., Palacios R. // Annu. Rev. Genet. — 1997. — Vol. 31. — P. 91—111.

37. Roth J. R., Benson N., Galitski T. et al. // Escherichia coli and Salmonella: Cellular and Molecular Biology / Eds R. C. H. Neinhardt et al. — Washington, 1996. — P. 2256—2276.

38. Smith G. A., Theriot J. A., Portnoy D. A. // J. Cell Biol. — 1996. — Vol. 135, N 3. — P. 647—660.

39. Smith G. R. // Microbiol. Rev. — 1988. — Vol. 52. — P. 1—28.

40. Sorek R., Kunin V., Hugenholtz P. // Nat. Rev. Microbiol. — 2008. — Vol. 6, N 3. — P. 181—186.

41. Tobes R., Pareja E. // BMC Genomics. — 2006. — Vol. 7. — P. 62.

42. Trinh T. Q., Sinden R. R. // Nature. — 1991. — Vol. 352. — P. 544—547.

43. Trivedi S. // Genet. Mol. Res. — 2006. — Vol. 5, N 4. — P. 741—772.

44. van Belkum A., Scherer S., van Alphen L., Verbrugh H. // Microbiol. Mol. Biol. Rev. — 1998. — Vol. 62, N 2. — P. 275—293.

45. Waters E., Hohn I., Ahel D. E. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2003. — Vol. 100. — P. 129884—12988.

46. Woese C. R. // Microbiol. Rev. — 1987. — Vol. 51, N 2. — P. 221—271.