Comparing the Potential for Identification of Lactobacillus spp. of 16S rDNA Variable Regions

• Main Authors: Diego Mauricio Riaño-Pachón, María Consuelo Vanegas López, Laura Natalia González-García
• Format: Article
• Language: English
• Published: Universidad Nacional de Colombia 2013-05-01
• Series: Acta Biológica Colombiana
• Subjects: 16s rDNA; Lactobacillus; phylogenetic inference; secondary structure; variable regions; regiones variables
• Online Access: https://revistas.unal.edu.co/index.php/actabiol/article/view/35803

16s rDNA is used for bacterial identification because its variation rate between species allows differentiation. The gene for this ribosomal subunit has 9 variable regions and some of them give more information than others. We were interested in evaluating the potential for species identification of each region and their combinations. We extracted the V1 to V8 regions of 16s rDNA from different strains and species of Lactobacillus and analyzed them using STAP (ss-RNA Taxonomy Assigning Pipeline) and RDP (Ribosomal Database Project) multiclassifier packages. Phylogenetic trees obtained by maximum likelihood analyses were compared. Classification results show that many regions give the correct genus classification using RDP and STAP, however they are not enough to classify up to the level of species. V5V6 region presents the highest quantity of informative fragments but also present the highest rate of false negatives. V1V3 region presents the highest rate of true positives (species) using STAP and the region V5V8 in RDP (genus).The phylogenetic result shows that the reference topology could be obtained using different combination of regions as V1V3 and V1V8.The experimental validation was done using commercial strains from a probiotic tampon. Sequencing analysis show that the V1V3 region gives the same information and result as the complete 16s rDNA; the three isolated strains correspond to the strains indicated in the product. We conclude that the V1V3 region is the minimum required region to classify Lactobacillus spp. in the correct way and this region is useful in metagenomics to analyze probiotics samples     COMPARACIÓN ENTRE EL POTENCIAL DE LAS REGIONES VARIABLES DEL 16S rDNA PARA LA IDENTIFICACIÓN DE Lactobacillus spp (Lactobacilliaceae) El 16s rDNA es utilizado para la identificación bacteriana dada su tasa de variación entre especies. Algunas de las regiones variables de la subunidad ribosomal son más informativas que otras por lo cual en este estudio se evalúa el potencial de identificación aportado por cada región y combinaciones entre ellas. Se extrajeron las regiones variables V1 a la V8 del 16s rDNA de diferentes cepas y especies de Lactobacillus y se analizaron mediante los paquetes de STAP (ss-RNA Taxonomy Assigning Pipeline) y RDP (Ribosomal Database Project) multiclassifier. Adicionalmente se evaluaron árboles filogenéticos de máxima verosimilitud. Nuestros resultados muestran que la mayoría de regiones variables logran dar una correcta clasificación hasta género, sin embargo no son suficientes para clasificar hasta especie usando STAP. La región que presenta el mayor número de amplicones es V5V6, sin embargo es la que presenta la mayor cantidad de falsos negativos. La que presenta el mayor numero de verdaderos positivos es V1V3 (especie) para STAP y V5V8 (género) para RDP. Las filogenias evaluadas mostraron que la topología de referencia se puede obtener con diferentes combinaciones de regiones variables e.g., V1V3 y V1V8. El estudio experimental de las cepas contenidas en un tampón comercial mostró que el amplicón V1V8 y el V1V3 dan una misma clasificación correcta. Proponemos la región V1V3 como la región mínima para clasificación correcta de Lactobacillus spp.,. En conclusión, la región  mínima para clasificar Lactobacillus es la V1V3, la cual es útil para estudios metagenómicos de muestras de probióticos.