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穎殼伯克霍爾德菌基因組分析及水平轉(zhuǎn)移基因的篩選

發(fā)布時間:2020-11-14 09:25
   水稻細(xì)菌性穗枯病是由穎殼伯克霍爾德菌(Burkholderia glumae)引起的一種嚴(yán)重種傳病害。B.glumae除了侵染水稻之外,還可侵染人類肺部,在土壤等環(huán)境中也廣泛存在,因此認(rèn)為B.glumae具有較強的微環(huán)境適應(yīng)性和致病性。基因水平轉(zhuǎn)移是細(xì)菌進化的重要動力,對增強細(xì)菌的環(huán)境適應(yīng)性和致病性具有重要作用。本論文基于基因組測序從基因水平轉(zhuǎn)移視角分析了B.glumae的進化特征,以探討基因水平轉(zhuǎn)移對B.glumae致病性和微環(huán)境適應(yīng)性的影響。首先,完成了第一株中國水稻B.glumae分離株——HN的全基因組圖譜。HN菌株的基因組大小為6,584,463bp,由2條染色體和1個質(zhì)粒構(gòu)成,共編碼7239個基因。致病基因分析顯示HN菌株存在39個致病相關(guān)基因,這些基因可歸為兩大類:與水稻細(xì)菌性穗枯病相關(guān)的毒黃素合成基因簇等21個基因;與人類肺囊性纖維化病相關(guān)的苯乙酰-CoA單加氧酶合成基因簇等7個基因。致病基因分析表明HN菌株同時具有侵染水稻和人體的潛力。其次,分析了基因水平轉(zhuǎn)移對B.glumae進化的作用。進化分析顯示:不同來源的9個B.glumae菌株分屬于4個不同的分支,其中HN菌株和其它菌株進化差異明顯,表明B.glumae存在4種不同的進化歷程。泛基因組分析顯示B.glumae的核心基因組包括3246個基因,泛基因組包括7092個基因,表明B.glumae存在大量的外源基因。采用構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹的方法,對3株具有完整基因組的水稻分離菌株(HN、BGR1、LMG2196)和1株人體分離菌株AU6208進行了水平轉(zhuǎn)移基因分析,結(jié)果從菌株HN、BGR1、LMG2196和AU6208中分別篩選出了 43、41、50和43個水平轉(zhuǎn)移基因。這些水平轉(zhuǎn)移基因包含了 2組基因?qū)?sbnA/sbnB和pehA/pehB和3個分別合成Massetolide A、吡咯喹啉醌和吩嗅的基因簇。其中,除了sbnA/sbn 僅存在于人體致病菌株AU6208中,其余為共有基因。2個水平轉(zhuǎn)移基因?qū)Φ墓δ芊治。sbnA/sbnB通過一次基因水平轉(zhuǎn)移從鏈霉菌屬轉(zhuǎn)移到AU6208菌株。sbnA和sbnB編碼的酶可催化反應(yīng)產(chǎn)生L-2,3-二氨基丙酸。L-2,3-二氨基丙酸是許多抗生素(如紫霉素和卷曲霉素)的關(guān)鍵前體,也是葡萄球菌鐵載體B的前體,鐵載體B影響葡萄球菌在哺乳動物血清的正常生長及其致病性。pehA和pehB通過兩次獨立的早期HGT轉(zhuǎn)移到B.glumae,pehA和PehB編碼兩種高度相似的聚半乳糖醛酸苷酶。在Burkholderia cepacia中,pehA參與洋蔥鱗莖的浸漬反應(yīng);在Erwinia carotovora中,pehA基因表達的調(diào)節(jié)因子和PehA是產(chǎn)生毒力所必需的?梢,兩組基因與和細(xì)菌的致病性和微環(huán)境適應(yīng)性密切相關(guān)。3個水平轉(zhuǎn)移基因簇的功能分析。MassetolideA合成基因簇來源于假單胞菌屬,整個基因簇包含13個基因,編碼合成一種環(huán)脂肽類抗生素,具有廣譜抗菌活性;MassetolideA也是Pseudomonas fluorescens群集運動及其生物膜形成的重要因子。吡咯喹啉醌合成基因簇共有5個基因pqqABCDE,其中pqqBE來源于假單胞菌屬。吡咯喹啉醌是一種氧化還原輔助因子和抗氧化劑,可提高細(xì)胞對活性氧的耐受能力。吩嗪合成基因簇來源于放線菌門,整個基因簇包括7個基因phzBCDEFGI。吩嗪可作為電子穿梭體,促進細(xì)菌和植物獲取鐵和營養(yǎng)物質(zhì)。此外,吩嗪缺失突變顯著減弱Pseudomonas aeruginosa體對小鼠的致病性。可見,3個基因簇也與菌株的致病性和微環(huán)境適應(yīng)性密切相關(guān)。綜上,基因組分析發(fā)現(xiàn)B.glumae通過基因水平轉(zhuǎn)移從其它細(xì)菌獲得了大量外源基因,這些基因可編碼合成次生代謝產(chǎn)物或其前體,可促進生長、提高抗性和毒力,很可能對B.glumae的致病性和微環(huán)境適應(yīng)性具有重要意義,后續(xù)將對此進行驗證。以上結(jié)果對解析B.glumae的進化歷程和精準(zhǔn)研制高效防治制劑具有指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】:浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位年份】:2019
【中圖分類】:S435.111
【部分圖文】:

物種進化,基因系統(tǒng),水平轉(zhuǎn)移,分支


于一致性的方法。??目前研宄者普遍認(rèn)為構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹是檢測HGT的黃金法則t125l。目前的??研宄表明HGT發(fā)生的主要類型一共為6種,如圖1.2所示1611。盡管絕大多數(shù)??HGT情況都可以通過構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹檢測,然而一些伴隨著大量基因復(fù)制以及??丟失現(xiàn)象的HGT是很難通過建樹檢測出來(例如圖1.2?f)。??Organismal?tree?Gene?tree?Organismal?tree?Gene?tree??a?——??Duplicative?_?i ̄二?一?^>—i—?Duplicative?,?|?[?1=1??transfer?「廠一二?^'?| ̄transfer?with?—?「-(?_?^?1 ̄I ̄ ̄1=1??j?I?[二?I?I?i?diffsrsntisl?丨?I?^?■?_?j— ̄i?!??1085??homologous? ̄?E? ̄?l-r^=??replacement?H? ̄?Sequential?r ̄C3=??c?,?^?[—??rLf-^?r?f???^??Ancient???i??i?^??—I ̄??—I?r—i??homologous? ̄?「-J?^?* ̄ ̄I ̄ ̄L ̄r?^T ̄?一1?^??replacement?[? ̄_?. ̄i?,—?Transfer?of??—|?^,?I ̄ ̄?j?1?|—i—?new?gene?士??“??l...:…t::::?i????圖1.2不同種類的轉(zhuǎn)移及其對基因系統(tǒng)發(fā)育的影響HI??每一棵物種進化樹代表了一種假設(shè)的進化關(guān)系

流程圖,基因組,流程,基因組分析


浙江理工大學(xué)碩士學(xué)位論文?穎殼伯克霍爾德菌基因組分析及水平轉(zhuǎn)移基因的篩選??菌株的基因組。利用Qubit?2.0焚光計和NanoDrop?2000紫外分光光度計分別對??DNA質(zhì)量進行檢測。檢測符合標(biāo)準(zhǔn)后,使用Nanopore測序儀測序,獲得原始序??列。??2.2基因組拼接??使用Canu軟件對Nanopore產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行拼接,參數(shù)默認(rèn)整個拼接??

同源序列,熱力圖,伯克,菌屬


浙江理工大學(xué)碩士學(xué)位論文?穎殼伯克霍爾德菌基因組分析及水平轉(zhuǎn)移基因的篩選??2.4.2構(gòu)建單拷貝基因進化樹??使用自制腳本篩選出核心基因組的單拷貝基因,并按照相同順序從頭到尾依??次連接,使用軟件進行同源序列比對,然后使用IQtree軟件構(gòu)建系統(tǒng)??發(fā)育樹[142]。??3結(jié)果與分析??3.1基因組信息分析??3.1.1?ANI分析結(jié)果??通過將HN菌株和屬11個不同種的代表菌株進行AN1分析,??結(jié)果如圖2.2所示,本圖是AN丨分析的結(jié)果,結(jié)果顯示HN菌株的基因組和及??g/wmae?LMG?2196菌株的基因組AN丨值達到了?99°/。。一般認(rèn)為原核物種邊界閾??值是95%,也就是說如果細(xì)菌基因組之間的ANI值超過95%,則這兩個菌株為??同一個物種。因此認(rèn)為從湖南省分離得到的致病菌株是g/www。??
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