面向高通量DNA檢測技術的微生物基因識別及基因組分析.pdf

1、微生物種類多樣、數(shù)量巨大，能適應各種生存環(huán)境，與人類的健康、疾病、生產、生活、環(huán)境保護和能源開發(fā)等密切相關。其中，產電微生物能夠通過無氧呼吸，將氧化有機物產生的電子傳遞到胞外并還原電極，從而驅動微生物燃料電池進行產電。希瓦氏菌屬的S。oneidensis MR-1是一種產電機制較為明確的模式菌，而同屬的S.loihica PV-4具有很強的溫度適應和金屬還原能力，是潛在的優(yōu)良產電菌。因此，希瓦氏菌基因組的研究和產電相關基因的識別，對建立

2、S.loihica PV-4產電模型和提高產電效率具有重要意義。
　　隨著高通量DNA測序技術的發(fā)展，越來越多的微生物基因組被成功測序，產生的大量測序短片段也對生物信息學分析方法提出了挑戰(zhàn)。本文通過引入序列拼接和比對、基因識別和功能注釋、比較基因組分析、功能基因組分析和代謝網絡分析等方法，對產電微生物希瓦氏菌基因組進行分析，并預測出S.loihica PV-4基因組中與產電相關的基因。
　　為了排除數(shù)據(jù)庫中錯誤的基因組注釋信

3、息的干擾，我們首先對S.loihica PV-4基因組進行了重注釋。結果發(fā)現(xiàn)了3個假陽性基因，并識別了9個具有明確功能的新基因。
　　在改進的基因組注釋基礎上，我們對S.oneidensis MR-1和S.loihica PV-4進行了比較基因組學研究，分析了二者在基因組結構和功能上的異同：二十個希瓦氏菌基因組的系統(tǒng)發(fā)生樹表明，S.oneidensis MR-1和S.loihica PV-4進化距離較遠：而基因組同線性分析和COG

4、功能分類也顯示出二者在基因組序列結構和某些功能基因數(shù)量上的明顯差異。
　　在產電相關功能基因的識別過程中，我們利用S.oneidensis MR-1產電模型和同源性分析的方法，對S.loihica PV-4基因組中的產電相關基因進行了預測。對于重要的電子傳遞蛋白--細胞色素c，我們設計出HemeScan算法來識別備選的細胞色素c編碼基因。通過InterProScan驗證，S.oneidensis MR-1和S.loihica PV

5、-4基因組中各有41個細胞色素被識別，其中包括了7個來自S.loihica PV-4基因組的全新細胞色素。通過細胞色素的蛋白質家族聚類和保守性分析，我們識別了十個最為保守的細胞色素家族，并建立了相對保守的Mtr基因簇的模型。另外我們還統(tǒng)計出S.loihica PV-4中特異于S.oneidensis MR-1的12個細胞色素，其中Shew2580和Shew3254特別具有研究價值。
　　除了細胞色素c，我們還分別從Ⅱ型分泌系統(tǒng)、電