Impact of Transcription Units rearrangement on the evolution of the regulatory network of gamma-proteobacteria

ABSTRACT

In the past years, several studies begun to unravel the structure, dynamical properties, and evolution of transcriptional regulatory networks. However, even those comparative studies that focus on a group of closely related organisms are limited by the rather scarce knowledge on regulatory interactions outside a few model organisms, such as E. coli among the prokaryotes. Results: In this paper we used the information annotated in Tractor_DB (a database of regulatory networks in gamma-proteobacteria) to calculate a normalized Site Orthology Score (SOS) that quantifies the conservation of a regulatory link across thirty genomes of this subclass. Then we used this SOS to assess how regulatory connections have evolved in this group, and how the variation of basic regulatory connection is reflected on the structure of the chromosome. We found that individual regulatory interactions shift between different organisms, a process that may be described as rewiring the network. At this evolutionary scale (the gamma-proteobacteria subclass) this rewiring process may be an important source of variation of regulatory incoming interactions for individual networks. We also noticed that the regulatory links that form feed forward motifs are conserved in a better correlated manner than triads of random regulatory interactions or pairs of co-regulated genes. Furthermore, the rewiring process that takes place at the most basic level of the regulatory network may be linked to rearrangements of genetic material within bacterial chromosomes, which change the structure of Transcription Units and therefore the regulatory connections between Transcription Factors and structural genes. Conclusion: The rearrangements that occur in bacterial chromosomes-mostly inversion or horizontal gene transfer events are important sources of variation of gene regulation at this evolutionary scale(AU)

RESUMEN

En los últimos años, varios estudios han comenzado a desentrañar la estructura, la dinámica de las propiedades, y la evolución de las redes de regulación transcripcional. Sin embargo, incluso los estudios comparativos que se centran en un grupo de organismos estrechamente relacionados son limitados por la escasez de conocimientos en lugar de reglamentación sobre las interacciones fuera de unos pocos organismos modelo, como la E. coli entre los procariotas. Resultados En este trabajo se utilizó la información anotada en Tractor_DB (una base de datos de redes reguladoras en gamma proteobacteria) para calcular un sitio normalizado Orthology Puntuación (SOS) que cuantifica la conservación de un vínculo de reglamentación a través de treinta genomas de esta subclase. A continuación, hemos utilizado este SOS para evaluar cómo han evolucionado las conexiones de reglamentación en este grupo, y cómo la variación de la relación básica de regulación se refleja en la estructura del cromosoma. Se encontró que cada cambio de reglamentación interacciones entre los diferentes organismos, proceso que puede describirse como el cableado de la red. En esta escala evolutiva (la gamma-proteobacteria subclase) este proceso de cableado pueden ser una importante fuente de variación de la reglamentación de las interacciones individuales redes. Hemos observado también que la reglamentación que forman enlaces de alimentación hacia adelante motivos se conservan en una mejor correlación de las tríadas de manera aleatoria o reglamentario interacciones de pares de genes co-regulados. Además, el proceso de cableado que se lleva a cabo en el nivel más básico de regulación de la red pueden estar relacionados con reordenamientos del material genético de bacterias dentro de los cromosomas, que cambiar la estructura de las unidades de transcripción y, por tanto, el marco regulador conexiones entre factores de transcripción y genes estructurales......