模式鏈霉菌可移動(dòng)基因組的比較分析.pdf

1、本研究主要利用比較基因組分析的手段研究通過水平基因轉(zhuǎn)移事件獲得的基因組島對(duì)鏈霉菌基因組結(jié)構(gòu)的影響。選取了親緣的2個(gè)鏈霉菌模式菌株作為本論文的主要研究對(duì)象: 天藍(lán)色鏈霉菌A3(2)和變鉛青鏈霉菌TK24。為解決多個(gè)細(xì)菌基因組比對(duì)在數(shù)目、基因組大小和運(yùn)算時(shí)間上的限制，我們開發(fā)了基于并行計(jì)算的細(xì)菌基因組差減雜交模擬工具mGenomeSubtractor，可以快速地識(shí)別細(xì)菌基因組保守骨架和菌株特異性基因。該工具能夠在1~2分鐘的時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)基

2、因組與多達(dá)30個(gè)預(yù)置基因組和10個(gè)上傳基因組的比對(duì)任務(wù)。通過天藍(lán)色鏈霉菌A3(2) 和其親緣的變鉛青鏈霉菌TK24的比較分析，從變鉛青鏈霉菌TK24基因組7,751個(gè)編碼蛋白的基因中識(shí)別出472個(gè)菌株特異性基因。連續(xù)分布的特異性基因構(gòu)成大小為597 kb的附屬區(qū)，包含9個(gè)較大的可變區(qū)。序列特征表明這些可變區(qū)是外源基因組島。我們用PCR技術(shù)考察了8個(gè)基因組島在鏈霉菌中的分布，發(fā)現(xiàn)它們僅存在于變鉛青鏈霉菌中。用相同的方法我們識(shí)別出天藍(lán)色鏈霉

3、菌A3(2)上的14個(gè)基因組島。進(jìn)而分析所識(shí)別基因組島上重要基因的功能，探討了dnd基因簇，dnd限制修飾系統(tǒng)，II型毒素-抗毒素系統(tǒng)等新穎的有重要生物學(xué)意義的外源基因(簇)，為進(jìn)一步研究這些基因功能和進(jìn)化過程等提供了新思路。借助生物信息學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)在變鉛青鏈霉菌66中首次報(bào)道的dnd基因簇通過水平轉(zhuǎn)移方式以基因組島的形式廣泛存在于分類地位和生態(tài)差異很大的細(xì)菌和古細(xì)菌中。綜合分子遺傳、生物化學(xué)和蛋白功能等多方面實(shí)驗(yàn)和生物信息學(xué)數(shù)據(jù)，我們

4、建立了DNA 硫修飾數(shù)據(jù)庫(kù)dndDB，收錄了來自29個(gè)物種的32個(gè)dnd基因簇，140個(gè)dnd基因及蛋白的相關(guān)信息。此外，還整合了豐富的相似性搜索、序列比對(duì)、進(jìn)化樹分析等工具。有助于了解dnd基因簇的來源與進(jìn)化和揭示DNA硫修飾的生物學(xué)意義。
　　 在已識(shí)別的鏈霉菌基因組島和一些編碼DNA修飾系統(tǒng)的基因組島中，常發(fā)現(xiàn)攜帶毒素-抗毒素基因座位。為深入探討II型毒素-抗毒素系統(tǒng)在鏈霉菌逆境應(yīng)答及維持外源基因穩(wěn)定性等遺傳過程所扮演的重

5、要角色，我們建立了細(xì)菌和古細(xì)菌II型毒素-抗毒素基因座位數(shù)據(jù)庫(kù)TADB。目前，通過對(duì)260多篇文獻(xiàn)的挖掘，該二級(jí)生物數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)地收錄了在一千多個(gè)原核生物中所識(shí)別的一萬多個(gè)II型毒素-抗毒素基因座位，并通過比較分析將這些基因分類為14個(gè)家族。此外，通過本文對(duì)鏈霉菌模式菌株的研究工作，我們結(jié)合分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和生物信息學(xué)方法建立了細(xì)菌比較組學(xué)分析平臺(tái)，為本課題組系統(tǒng)研究肺炎克雷伯菌和銅綠假單胞菌等重要耐藥條件致病菌中的可移動(dòng)遺傳學(xué)元件提供