Az E. coli genomjának és metabolikus hálózatának minimalizálása integratív rendszerbiológiai megközelítéssel = Integrative systems biology approach to genome and metabolic network minimization in E. coli

Mely gének szükségesek a túléléshez és meddig egyszerűsíthetők laboratórumban a genomok? Meg tudjuk-e jósolni több gén együttes eltávolításának hatását? Hogyan zajlik a természetben a genomok egyszerűsödése? Kutatásaink során a rendszerbiológiai modellezés és funkcionális genomika eszközeit felhasználva kerestük a választ e kérdésekre. Kimutattuk, hogy a sejt anyagcseréjének matematikai modelljével részlegesen előrejelezhetők a génkiütések között fennálló genetikai kölcsönhatások (azaz amikor két gén eltávolítása nagyobb vagy kisebb hatással jár mint azt az egyenkénti génkiütés alapján várnánk). Ugyanakkor számos olyan kettős mutánst azonosítottunk kísérletesen, amelyek életképtelenségét nem képes jósolni sem az anyagcserehálózati modell, sem más adatbányászati eljárás. E problémára válaszul kifejlesztettünk és validáltunk egy gépi tanulási módszert, amely a génkölcsönhatási adatsorok alapján automatizáltan javítja az anyagcserehálózati modellt. A kólibaktérium anyagcseréjét vizsgálva kimutattuk, hogy a közelrokon endoszimbiontákban lezajló természetesen genomegyszerűsödés folyamata jósolható. Végezetül tanulmányoztunk egy laboratóriumban előállított csökkentett genomú kólibaktériumot: megállapítottuk, hogy ugyan normál körülmények között a vad típushoz hasonló növekedést mutat, de számos tápanyagkörnyezetben hátrányba kerül. Kimutattuk továbbá, hogy a transzpozonok teljes hiánya nem nehezíti az egyszerűsített kólibaktérium evolúciós alkalmazkodási képességét mutátor allél jelenlétében. | What is the smallest set of genes required for life and how far can we streamline genomes in the laboratory? Can we predict the phenotypic effect of multiple gene deletions? And how reduced genomes arise in nature? We combined computational systems biology modelling, functional genomics and genome engineering tools to address these questions. We have demonstrated the utility of metabolic network models in predicting genetic interactions between gene deletion mutations (i.e. when deleting two genes has a greater or smaller effect than would be expected based on the single deletion effects). However, we have experimentally identified a number of double mutations whose lethality is not predicted by either metabolic network models or data mining approaches. Thus, we have developed and validated a novel machine learning algorithm to modify and improve the metabolic network model based on high-throughput genetic interaction data. We have also investigated reductive genome evolution in endosymbionts and found that the temporal order of gene loss can be predicted using systems biology modelling. Finally, we have experimentally characterized the growth and evolutionary potential of a laboratory engineered reduced-genome E. coli: while it shows excellent growth properties under standard laboratory conditions, it also displays strong growth defects under a number of specific nutrient conditions. Furthermore, removal of transposable elements from the E. coli genome does not diminish the evolvability of E. coli if a mutator allele is present in its genome

Turning gold into 'junk': transposable elements utilize central proteins of cellular networks

The numerous discovered cases of domesticated transposable element (TE) proteins led to the recognition that TEs are a significant source of evolutionary innovation. However, much less is known about the reverse process, whether and to what degree the evolution of TEs is influenced by the genome of their hosts. We addressed this issue by searching for cases of incorporation of host genes into the sequence of TEs and examined the systems-level properties of these genes using the Saccharomyces cerevisiae and Drosophila melanogaster genomes. We identified 51 cases where the evolutionary scenario was the incorporation of a host gene fragment into a TE consensus sequence, and we show that both the yeast and fly homologues of the incorporated protein sequences have central positions in the cellular networks. An analysis of selective pressure (Ka/Ks ratio) detected significant selection in 37% of the cases. Recent research on retrovirus-host interactions shows that virus proteins preferentially target hubs of the host interaction networks enabling them to take over the host cell using only a few proteins. We propose that TEs face a similar evolutionary pressure to evolve proteins with high interacting capacities and take some of the necessary protein domains directly from their hosts

A Nyírség gyertyános-tölgyesei (Convallario-Carpinetum Kevey 2008)

Jelen tanulmány Magyarország keleti részén, a Nyírség gyertyános-tölgyeseinek társulási viszonyait mutatja be 50 cönológiai felvétel alapján. Mivel a gyertyános-tölgyes zónán kívül fordulnak elő, a tölgyes zónán belüli megjelenésük extrazonálisnak tekinthető, amely a talajvíz által mérsékelten befolyásolt üde mikroklímának köszönhető. Állományaikban feltűnőek egyes szubmontán elemek, amelyek az Alföldön általában ritkák. Különösen a Fagetalia elemek gyakorisága jellemző: Actaea spicata, Allium ursinum, Anemone ranunculoides, Arum orientale, Asarum europaeum, Athyrium flix-femina, Cardamine bulbifera, Carex pilosa, Carpinus betulus, Cerasus avium, Corydalis cava, Corydalis solida, Dryopteris flix-mas, Epipactis helleborine agg., Euphorbia amygdaloides, Galeobdolon luteum, Galium odoratum, Hedera helix, Isopyrum thalictroides, Lathraea squamaria, Lathyrus vernus, Lilium martagon, Majanthemum bifolium, Mercurialis perennis, Milium effusum, Polygonatum multiflorum, Pulmonaria ofcinalis, Ranunculus cassubicus, Salvia glutinosa, Sanicula europaea, Scilla vindobonensis, Stachys sylvatica, Stellaria holostea, Ulmus glabra, Vinca minor stb. E növények főleg a Nyírség keleti részén fordulnak elő, s valószínűleg a hűvösebb, csapadékosabb és kiegyenlítettebb klímájú Bükk I. kor (i.e. 2500-tól i.e. 800-ig) maradványfajai. Az asszociáció nehezen választható el a tölgy-kőris-szil ligeterdőktől (Fraxino pannonicae-Ulmetum). Ennek oka az állományok fragmentációja, izolációja és a helyenkénti eltérő tájhasználat (lecsapolá- sok, erdőgazdálkodás)

Computational identification of obligatorily autocatalytic replicators embedded in metabolic networks

Small-molecular metabolic autocatalytic regulators, which are crucial to metabolic pathways, are identified in a novel systems-wide study in different organisms, revealing that in the enzymatic reactions of conserved autocatalytic cycles, the autocatalytic behavior of replicators varies

ONNIA TRIQUETRA (PERS.) IMAZEKI, A PINE ASSOCIATED POLYPORE SPECIES REPORTED FOR THE FIRST TIME FROM HUNGARY

Abstract: Onnia triquetra, a Pinus specialist polypore species in Europe, is reported for the first time in Hungary. Historical and recent collections of almost 60 years were examined. The macro- and micromorphological characteristics are given, along with ecological inferences of the species and its hosts in Hungary