基于核心基因的肺炎克雷伯菌基因組大數(shù)據(jù)的系統(tǒng)發(fā)育分析.pdf

1、肺炎克雷伯菌是一種短棒狀的、無(wú)運(yùn)動(dòng)性的革蘭氏陰性菌，由Friediander于1893年從患大葉性肺炎病人的肺組織中首次分離得到，它是一種條件致病菌，易在住院患者的呼吸道和腸道中定植，通常會(huì)導(dǎo)致肺炎、腦膜炎、肝膿腫、眼內(nèi)炎、泌尿系統(tǒng)發(fā)炎、傷口感染、全身敗血癥等疾病的發(fā)生，給臨床治療帶來(lái)了很大困難。特別是近年來(lái)，由于多重耐藥性肺炎克雷伯菌的不斷傳播，肺炎克雷伯菌感染的治療也變得更加困難，因而人們對(duì)于肺炎克雷伯菌的關(guān)注也越來(lái)越多。另一方面，

2、肺炎克雷伯菌在工業(yè)上可用于發(fā)酵甘油生產(chǎn)1,3-丙二醇、2,3-丁二醇等重要的平臺(tái)化合物，而且由于其高產(chǎn)量和生產(chǎn)力，肺炎克雷伯菌已被認(rèn)為是所有野生菌中最有前景的1,3-丙二醇工業(yè)生產(chǎn)菌株。
　　肺炎克雷伯菌是一類多譜系、多系統(tǒng)發(fā)育起源的細(xì)菌，但目前有關(guān)其系統(tǒng)發(fā)育以及其與致病性之間的關(guān)聯(lián)還在解析之中，也是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。隨著二代高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，已測(cè)序的肺炎克雷伯菌基因組的數(shù)量迅速增長(zhǎng)，這就為利用基因組大數(shù)據(jù)來(lái)分析肺炎克雷伯菌

3、的系統(tǒng)發(fā)育成為可能，從而更為全面地分析肺炎克雷伯菌各譜系之間的進(jìn)化關(guān)系。然而，現(xiàn)有的幾種系統(tǒng)發(fā)育分析方法都不能滿足這種大數(shù)據(jù)分析的需要，因此迫切需要建立一種可靠、精確的系統(tǒng)發(fā)育分析方法來(lái)獲得基于基因組大數(shù)據(jù)的肺炎克雷伯菌的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。
　　本文基于肺炎克雷伯菌核心基因的組成與特征分析，建立了一種新的系統(tǒng)發(fā)育分析方法，并與現(xiàn)有方法比較，驗(yàn)證了其可靠性與精確性，并利用該方法對(duì)肺炎克雷伯菌的基因組大數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，主要的研究結(jié)果

4、如下：
　?。?），本文通過(guò)對(duì)84個(gè)肺炎克雷伯菌基因組進(jìn)行多序列比對(duì)，確定了肺炎克雷伯菌的核心基因組的大小為3.0Mbp左右，核心基因的數(shù)量為2735個(gè)。對(duì)所得核心基因組成的分析發(fā)現(xiàn)大部分核心基因都為內(nèi)源基因，只有少部分為外源基因，同樣，絕大多數(shù)核心基因都較為保守，進(jìn)化速率較低，且絕大多數(shù)核心基因的長(zhǎng)度在500bp到1500bp之間，只有很少的一部分核心基因?qū)儆谥虏』颉?br>　?。?），本文在核心基因及核心基因組SNPs分析的

5、基礎(chǔ)上，分別選用50個(gè)核心基因，建立了4種新的系統(tǒng)發(fā)育分析方法，分別為：隨機(jī)選擇法、GC含量偏移率選擇法、突變率選擇法以及綜合選擇法。
　?。?），本文以32個(gè)全基因組水平序列為樣本組，比較、分析了基于新建方法所得的進(jìn)化樹(shù)。發(fā)現(xiàn)：基于隨機(jī)選擇法、GC含量偏移率選擇法和突變率選擇法所得的進(jìn)化樹(shù)都沒(méi)有現(xiàn)有的基于SNPs矩陣所獲得的進(jìn)化樹(shù)準(zhǔn)確，這表明上述幾種方法的分辨率不足，都不適用于后續(xù)的系統(tǒng)發(fā)育分析；而綜合選擇法所得的進(jìn)化樹(shù)要比基于

6、SNPs矩陣所得的進(jìn)化樹(shù)更為準(zhǔn)確，其進(jìn)化樹(shù)本身也有著相當(dāng)高的置信度，因此本文提出的綜合選擇法是一種較現(xiàn)有方法更可靠準(zhǔn)確的系統(tǒng)發(fā)育分析方法。
　?。?），本文證實(shí)了綜合選擇法不但準(zhǔn)確、可靠，而且是一種簡(jiǎn)便易行、適用于大數(shù)據(jù)的系統(tǒng)發(fā)育分析方法，并用它成功實(shí)現(xiàn)了950個(gè)肺炎克雷伯菌基因組的系統(tǒng)發(fā)育分析；另外，綜合選擇法也被證實(shí)適用于克雷伯氏菌屬的種間分析，通過(guò)引入了克雷伯氏菌屬的其他種和亞種的標(biāo)準(zhǔn)菌株，成功鑒定了所得進(jìn)化樹(shù)中幾個(gè)非肺炎克

7、雷伯菌分枝的分類學(xué)歸屬。
　?。?），本文通過(guò)基因組大數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步證實(shí)了肺炎克雷伯菌除CG258外的各個(gè)譜系是獨(dú)立進(jìn)化的，還證明了ST395菌株不但屬于CG258而且可能起源于ST11菌株，而且ST11菌株還很有可能是CG258的共同祖先。另外，研究還發(fā)現(xiàn)了3個(gè)CG258的新成員（ST340、ST437和ST855）。
　?。?）本文在基因組大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，探討了肺炎克雷伯菌的流行病學(xué)，發(fā)現(xiàn)：ST258這一譜系是肺炎克雷