面向高通量DNA檢測技術(shù)的微生物基因識(shí)別及基因組分析.pdf

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

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

3、息的干擾，我們首先對(duì)S.loihica PV-4基因組進(jìn)行了重注釋。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了3個(gè)假陽性基因，并識(shí)別了9個(gè)具有明確功能的新基因。
　　在改進(jìn)的基因組注釋基礎(chǔ)上，我們對(duì)S.oneidensis MR-1和S.loihica PV-4進(jìn)行了比較基因組學(xué)研究，分析了二者在基因組結(jié)構(gòu)和功能上的異同：二十個(gè)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(jìn)化距離較遠(yuǎn)：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(jié)構(gòu)和某些功能基因數(shù)量上的明顯差異。
　　在產(chǎn)電相關(guān)功能基因的識(shí)別過程中，我們利用S.oneidensis MR-1產(chǎn)電模型和同源性分析的方法，對(duì)S.loihica PV-4基因組中的產(chǎn)電相關(guān)基因進(jìn)行了預(yù)測。對(duì)于重要的電子傳遞蛋白--細(xì)胞色素c，我們?cè)O(shè)計(jì)出HemeScan算法來識(shí)別備選的細(xì)胞色素c編碼基因。通過InterProScan驗(yàn)證，S.oneidensis MR-1和S.loihica PV

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