Six DNA regions were evaluated as potential DNA barcodes for Fungi , the second largest kingdom of eukaryotic life, by a multinational, multilaboratory consortium. The region of the mitochondrial cytochrome c oxidase subunit 1 used as the animal barcode was excluded as a potential marker, because it is difficult to amplify in fungi, often includes large introns, and can be insufficiently variable. Three subunits from the nuclear ribosomal RNA cistron were compared together with regions of three representative protein-coding genes (largest subunit of RNA polymerase II, second largest subunit of RNA polymerase II, and minichromosome maintenance protein). Although the protein-coding gene regions often had a higher percent of correct identification compared with ribosomal markers, low PCR amplification and sequencing success eliminated them as candidates for a universal fungal barcode. Among the regions of the ribosomal cistron, the internal transcribed spacer (ITS) region has the highest probability of successful identification for the broadest range of fungi, with the most clearly defined barcode gap between inter- and intraspecific variation. The nuclear ribosomal large subunit, a popular phylogenetic marker in certain groups, had superior species resolution in some taxonomic groups, such as the early diverging lineages and the ascomycete yeasts, but was otherwise slightly inferior to the ITS. The nuclear ribosomal small subunit has poor species-level resolution in fungi. ITS will be formally proposed for adoption as the primary fungal barcode marker to the Consortium for the Barcode of Life, with the possibility that supplementary barcodes may be developed for particular narrowly circumscribed taxonomic groups.

DNA barcoding involves sequencing a standard region of DNA as a tool for species identification. However, there has been no agreement on which region(s) should be used for barcoding land plants. To provide a community recommendation on a standard plant barcode, we have compared the performance of 7 leading candidate plastid DNA regions (atpF-atpH spacer, matK gene, rbcL gene, rpoB gene, rpoC1 gene, psbK-psbI spacer, and trnH-psbA spacer). Based on assessments of recoverability, sequence quality, and levels of species discrimination, we recommend the 2-locus combination of rbcL+matK as the plant barcode. This core 2-locus barcode will provide a universal framework for the routine use of DNA sequence data to identify specimens and contribute toward the discovery of overlooked species of land plants.

Using a combination of computer methods for iterative database searches and multiple sequence alignment, we show that protein sequences related to the AAA family of ATPases are far more prevalent than reported previously. Among these are regulatory components of Lon and Clp proteases, proteins involved in DNA replication, recombination, and restriction (including subunits of the origin recognition complex, replication factor C proteins, MCM DNA-licensing factors and the bacterial DnaA, RuvB, and McrB proteins), prokaryotic NtrC-related transcription regulators, the Bacillus sporulation protein SpoVJ, Mg 2+ , and Co 2+ chelatases, the Halobacterium GvpN gas vesicle synthesis protein, dynein motor proteins, TorsinA, and Rubisco activase. Alignment of these sequences, in light of the structures of the clamp loader δ′ subunit of Escherichia coli DNA polymerase III and the hexamerization component of N -ethylmaleimide-sensitive fusion protein, provides structural and mechanistic insights into these proteins, collectively designated the AAA + class. Whole-genome analysis indicates that this class is ancient and has undergone considerable functional divergence prior to the emergence of the major divisions of life. These proteins often perform chaperone-like functions that assist in the assembly, operation, or disassembly of protein complexes. The hexameric architecture often associated with this class can provide a hole through which DNA or RNA can be thread; this may be important for assembly or remodeling of DNA–protein complexes.

Protein segments that form amphipathic alpha-helices in their native state have periodic variation in the hydrophobicity values of the residues along the segment, with a 3.6 residue per cycle period characteristic of the alpha-helix. The assignment of hydrophobicity values to amino acids (hydrophobicity scale) affects the display of periodicity. Thirty-eight published hydrophobicity scales are compared for their ability to identify the characteristic period of alpha-helices, and an optimum scale for this purpose is computed using a new eigenvector method. Two of the published scales are also characterized by eigenvectors. We compare the usual method for detecting periodicity based on the discrete Fourier transform with a method based on a least-squares fit of a harmonic sequence to a sequence of hydrophobicity values. The two become equivalent for very long sequences, but, for shorter sequences with lengths commonly found in alpha-helices, the least-squares procedure gives a more reliable estimate of the period. The analog to the usual Fourier transform power spectrum is the "least-squares power spectrum", the sum of squares accounted for in fitting a sinusoid of given frequency to a sequence of hydrophobicity values. The sum of the spectra of the alpha-helices in our data base peaks at 97.5 degrees, and approximately 50% of the helices can account for this peak. Thus, approximately 50% of the alpha-helices appear to be amphipathic, and, of those that are, the dominant frequency at 97.5 degrees rather than 100 degrees indicates that the helix is slightly more open than previously thought, with the number of residues per turn closer to 3.7 than 3.6. The extra openness is examined in crystallographic data, and is shown to be associated with the C terminus of the helix. The alpha amphipathic index, the key quantity in our analysis, measures the fraction of the total spectral area that is under the 97.5 degrees peak, and is a characteristic of hydrophobicity scales that is consistent for different sets of helices. Our optimized scale maximizes the amphipathic index and has a correlation of 0.85 or higher with nine previously published scales. The most surprising feature of the optimized scale is that arginine tends to behave as if it were hydrophobic; i.e. in the crystallographic data base it has a tendency to be on the hydrophobic face of teh amphipathic helix. Although the scale is optimal only for predicting alpha-amphipathicity, it also ranks high in identifying beta-amphipathicity and in distinguishing interior from exterior residues in a protein.(ABSTRACT TRUNCATED AT 400 WORDS)

à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d'enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

We have used a data base of 23 known immunodominant helper T cell antigenic sites located on 12 proteins to systematically develop an optimized algorithm for predicting T cell antigenic sites. The algorithm is based on the amphipathic helix model in which antigenic sites are postulated to be helices with one face predominantly polar and the opposite face predominantly apolar. Such amphipathic structures can form when the polarity of residues along the sequence varies with a more or less regular period. Hence they can be identified by methods (so called power spectrum procedures) that detect periodic variations in properties of a sequence. The choice of power spectrum procedure, hydrophobicity scale, and model parameters are examined. An algorithm is tested by comparing the predicted amphipathic segments with the locations of the known T cell sites, counting the number of matches, and calculating the probability of getting this number by chance alone. The optimum algorithm, which predicts the largest number of sites with the lowest chance probability, uses the Fauchere-Pliska hydrophobicity scale and a least squares fit of a sinusoid as its power spectrum procedure. By applying this algorithm, 18 of the 23 known sites are identified (75% sensitivity) with a high degree of significance (p less than 0.001). The success of the algorithm supports the hypothesis that stable amphipathic helices are fundamentally important in determining immunodominance. This approach may be of practical value in designing synthetic vaccines aimed at T cell immunity.

Abstract We face an increasing flood of genetic sequence data, from diverse sources, requiring rapid computational analysis. Rapid analysis can be achieved by sampling a subset of positions in each sequence. Previous sequence-sampling methods, such as minimizers, syncmers, and minimally-overlapping words, were developed by heuristic intuition, and are not optimal. We present a sequence-sampling approach that provably optimizes sensitivity for a whole class of sequence comparison methods, for randomly-evolving sequences. It it likely near-optimal for a wide range of alignmentbased and alignment-free analyses. For real biological DNA, it increases specificity by avoiding simple repeats. Our approach generalizes universal hitting sets (which guarantee to sample a sequence at least once), and polar sets (which guarantee to sample a sequence at most once). This helps us understand how to do rapid sequence analysis as accurately as possible.

Abstract Nowadays, most preclinical HIV treatment trials use a protocol of administering repeated low-dose challenges (RLCs) of simian immunodeficiency virus (SIV) to macaques. Statistical analyses of treatment efficacy under the RLC protocol need to consider two confounding hypotheses, both pertinent biologically to HIV: (1) the non-infecting challenges may immunize animals against SIV; and (2) the animals may vary in intrinsic infectability (“frailty”). To explore the two hypotheses, a previous study (Regoes 2012) assembled a database from 7 articles with SIV-macaque treatment trials. With two explicable exceptions, Regoes concluded that the control data did not support either confounding hypothesis. Recent SIV-macaque trials present opportunities to evaluate the conclusions’ robustness. Accordingly, the present article assembles from 24 articles an updated database containing net survival curves from both control and treatment arms in SIV-macaque treatment trials. Broad patterns of statistical significance (at p <0.05, uncorrected for multiple testing) made it difficult to dismiss the confounding hypotheses completely in the controls. Although statistical analysis has focused on defense against variable frailty, only one set of controls showed significant variable frailty, whereas many sets showed significant immunization. As trials progressed, changes in the probability of infection per challenge were significant in 8/28 trials (1/3 trials using oral challenges; 2/4 trials using vaginal challenges; and 5/21 trials using rectal challenges). The results suggest the possibility that vaginal challenges may immunize animals faster than rectal challenges, and they also bear on previous conclusions that repeated exposure to HIV without treatment may have no effect on infectability or may even reduce it. Author Summary Many preclinical trials of HIV treatments rely on repeatedly administering low-dose SIV challenges to macaques until infection occurs. The repeated low-dose protocol reuses macaques and is more sensitive to subtle therapeutic efficacies than a protocol administering a single large dose to each macaque. The animal reuse raises some pertinent biological questions, notably: (1) do macaques have intrinsically variable infectabilities? and (2) do the repeated SIV challenges immunize macaques against infection? A 2012 study collected a database of eight macaque trials, concluding that variable infectability and immunization were at most sporadic and readily explicable. I expanded the 2012 database to twenty-eight trials, discovering that the conclusions were not robust. Although only 1/28 SIV-macaque trials showed variable infectability, 7/28 showed immunization, with few ready explanations. Statistical analysis of SIV-macaque trials has focused on the confounding effects of variable infectability to the neglect of immunization, so the expanded database provides a rich empirical resource. The trials have general medical importance because they provide a model for analyzing animal trials of infectious disease therapies and other sparse trials, e.g., for breast cancer. My findings also indirectly suggest that repeated human exposure to HIV inconsistently immunizes and can foster either immune priming or tolerance.