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Valentina Floccari
Author with expertise in Ecology and Evolution of Viruses in Ecosystems
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TheBacillusphage SPβ and its relatives: A temperate phage model system reveals new strains, species, prophage integration loci, conserved proteins and lysogeny management components

Katharina Kohm et al.Nov 22, 2021
Abstract The Bacillus phage SPβ has been known for about 50 years, but only a few strains are avalible. We isolated four new wild type strains of the SPbeta species. Phage vB_BsuS-Goe14 introduces its prophage into the spoVK locus, previously not observed to be used by SPβ-like phages. We could also reveal the SPβ-like phage genome replication strategy, the genome packaging mode, and the phage genome opening point. We extracted 55 SPβ-like prophages from public Bacillus genomes, thereby discovering three more integration loci and one additional type of integrase. The identified prophages resembled four new species clusters and three species orphans in the genus Spbetavirus . The determined core proteome of all SPβ-like prophages consists of 38 proteins. The integration cassette proved to be not conserved even though present in all strains. It consists of distinct integrases. Analysis of SPβ transcriptomes revealed three conserved genes, yopQ , yopR , and yokI , to be transcribed from a dormant prophage. While yopQ and yokI could be deleted from the prophage without activating the prophage, damaging of yopR led to a clear-plaque phenotype. Under the applied laboratory conditions, the yokI mutant showed an elevated virion release implying the YokI protein being a component of the arbitrium system.
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Ecology of prophage-like elements in Bacillus subtilis at global and local geographical scale

Polonca Štefanič et al.Jul 3, 2024
Prophages account for a substantial part of most bacterial genomes, but the impacts on hosts remain poorly understood. Here, we combined computational and laboratory experiments to explore the abundance, distribution, and activity of prophage elements in Bacillus subtilis. NCBI database genome sequences and isolates from 1 cm3 riverbank soil samples were analyzed to provide insights at global and local geographical scales, respectively. Most prophages in wild B. subtilis isolates were related to mobile genetic elements previously identified in laboratory strains. Some large groups of prophages were closely related to completely uncharacterized yet functional Bacillus phages, or completely unknown. As certain prophage groups were unique to local isolates, we explored factors influencing prophages within a single genome. Phylogenetic relatedness was a slightly better predictor of host prophage repertoire than geographical origin. We show that cryptic phages can play a major role in acquisition and/or maintenance of other prophage elements both via strong antagonism or by co-dependence. Laboratory experiments showed that most predicted prophages may be cryptic, since they failed to induce under DNA-damaging stress conditions. Interestingly, the magnitude of stress responses remained proportional to the total number of prophage elements predicted, suggesting their importance in host physiology. This study highlights the diversity, integration patterns, and co-occurrence of prophages in B. subtilis and their potential impact on host evolution and physiology. Understanding these dynamics provides insight into bacterial genome evolution and prophage-host interactions, laying the groundwork for future experimental studies on the roles of phages in the ecology and evolution of this bacterial species.
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Ecology of prophage-like elements in Bacillus subtilis at global and local geographical scales

Polonca Štefanič et al.Jan 1, 2025
Highlights•Local Bacillus subtilis isolates carry both common and distinct prophage elements•Phylogeny predicts prophage presence better than geographic origin•Prophages show mutual exclusion and co-dependence within host genomes•Most predicted prophages are not stress induced but increase host stress sensitivitySummaryProphages constitute a substantial portion of bacterial genomes, yet their effects on hosts remain poorly understood. We examine the abundance, distribution, and activity of prophages in Bacillus subtilis using computational and laboratory analyses. Genome sequences from the NCBI database and riverbank soil isolates reveal prophages primarily related to mobile genetic elements in laboratory strains. Distinct and previously unknown prophages in local isolates prompt an investigation into factors shaping prophage presence, with phylogenetic relatedness predicting the prophage repertoire slightly better than geographical origin. Data also show that prophages exhibit strong co-occurrence and exclusion patterns within genomes. Laboratory experiments indicate that most predicted prophages are cryptic, as they are not induced under DNA-damaging conditions. Importantly, stress responses increase with the number of predicted prophages, suggesting their influence on host physiology. This study highlights the diversity, integration patterns, and potential roles of prophages in B. subtilis, shedding light on bacterial genome evolution and phage-host dynamics.Graphical abstract