【摘要】：微生物在礦物風(fēng)化這一地質(zhì)作用過程中起著重要的作用,盡管國內(nèi)外學(xué)者對(duì)微生物風(fēng)化礦物研究多年,對(duì)其風(fēng)化礦物的機(jī)理有一定的認(rèn)識(shí),但是對(duì)于微生物在礦物風(fēng)化過程中的分子生物學(xué)機(jī)制還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),特別是從礦物風(fēng)化細(xì)菌基因組學(xué)角度研究其礦物風(fēng)化作用的研究還比較欠缺。礦物風(fēng)化細(xì)菌可以通過產(chǎn)生生物膜、有機(jī)酸和鐵載體等實(shí)現(xiàn)對(duì)礦石的風(fēng)化。本文從4株礦物風(fēng)化菌株出發(fā),測(cè)定了其和礦物風(fēng)化相關(guān)的生物學(xué)特性,并以菌株D.jiangningensiS BZ3-12為研究對(duì)象,通過對(duì)其全基因組測(cè)序,利用比較基因組的分析方法,對(duì)其基因組進(jìn)行分析,從基因水平闡述該菌株的遺傳特征,為后續(xù)研究其風(fēng)化礦物的分子生物學(xué)機(jī)制提供遺傳學(xué)背景。采用454 GS Junior pyrosequencing system(Roche)測(cè)序平臺(tái)對(duì)供試菌株進(jìn)行全基因組測(cè)序。共獲得373571條Reads,將這些Reads通過Newbler 2.4拼接得到39個(gè)Contigs,測(cè)序產(chǎn)生的Gap通過PCR擴(kuò)增的方法補(bǔ)平。基因組分析發(fā)現(xiàn),供試菌株D.jiangningensis SBZ3-12基因組序列總長度為5396991 bp,GC含量為64.22%,共含有4790個(gè)基因,25個(gè)假基因、6種rRNA操縱子、52種tRNA和1個(gè)ncRNA。將基因組ORF采用在線數(shù)據(jù)庫COG、VFDB、PAIDB、ARDB和KEGG對(duì)其進(jìn)行功能分類與注釋。對(duì)菌株D.jiangningensis SBZ3-12基因組COG分析發(fā)現(xiàn),COG類別為 "R"(General function prediction only)的比例最高,為 9.39%,其次為 "E"(Amino acid transport and metabolism),為6.15%;對(duì)毒力基因分析發(fā)現(xiàn)其基因組中含有137個(gè)潛在的毒力基因,占到所有蛋白編碼序列的2.94%:對(duì)抗生素抗性基因分析發(fā)現(xiàn)了9個(gè)潛在的抗生素抗性基因,可能對(duì)氯霉素、大環(huán)內(nèi)脂、三甲氧芐二氨嘧啶、春雷霉素和磷胺霉素具抗性;對(duì)潛在的水平轉(zhuǎn)移基因分析發(fā)現(xiàn)共有1068個(gè)潛在的水平轉(zhuǎn)移基因,占所有蛋白編碼序列的22.89%,其中來源于質(zhì)粒的水平轉(zhuǎn)移基因、來源于原噬菌體的水平轉(zhuǎn)移基因和來源于病毒的水平轉(zhuǎn)移基因分別占所有水平轉(zhuǎn)移基因的86.70%、12.73%和0.57%�；蚪M共線性分析發(fā)現(xiàn)菌株D.jiangningensis SBZ3-12和同屬的全基因組測(cè)序菌株基因組染色體之間局部具有一定的共線性關(guān)系。對(duì)其代謝途徑分析發(fā)現(xiàn)具有完整的TCA循環(huán)途徑,能夠保證蘋果酸的產(chǎn)生。代謝途徑比較分析發(fā)現(xiàn)Dyella屬其他菌株的TCA循環(huán)途徑都不完整。對(duì)其基因組分析發(fā)現(xiàn)含有編碼兒茶酚型鐵載體受體的基因,可能參與混合型鐵載體的轉(zhuǎn)運(yùn)。通過 ExPASy ProtParam Server、Pole Bioinformatique Lyonnais Network Protein sequence analysis 和 SWISS-MODEL 在線數(shù)據(jù)庫對(duì)菌株D.jiangningensi.sSBZ3-12 及其他種屬的CsrA(Carbon storage regulator)分析發(fā)現(xiàn),CsrA雖然一級(jí)結(jié)構(gòu)差異不明顯,但是其三級(jí)結(jié)構(gòu)卻明顯不同,可能在不同菌株中行使特定的功能,為闡明該菌風(fēng)化礦物的分子生物學(xué)機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。通過多相分類學(xué)方法鑒定一株礦物風(fēng)化細(xì)菌A31為Sinomonas屬的一個(gè)新種,命名為 Sinomonas susongensis sp.nov.
[Abstract]:Microbes play an important role in the geological process of mineral weathering. Although scholars at home and abroad have been studying microbial weathering minerals for many years, they have a certain understanding of the mechanism of weathering minerals. However, there is no unified understanding of the molecular biological mechanism of microorganisms in the process of mineral weathering, especially the study of its mineral weathering from the point of view of mineral weathering bacteria genomics. Mineral weathering bacteria can be weathered by biofilms, organic acids and iron carriers. In this paper, the biological characteristics related to mineral weathering of four mineral weathering strains were determined. The D.jiangningensiS BZ3-12 strain was taken as the research object, the whole genome was sequenced, and the comparative genome analysis method was used. The genetic characteristics of the strain were analyzed at the gene level, which provided the genetic background for further study on the molecular biological mechanism of the weathered minerals. The whole genome of the tested strains was sequenced by 454 GS Junior pyrosequencing system (Roche) sequencing platform. A total of 373571 Reads, fragments were obtained by Newbler 2.4 splicing to obtain 39 Contigs, sequenced Gap, which was flattened by PCR amplification. Genomic analysis showed that the total length of D.jiangningensis SBZ3-12 genomic sequence was 64.22 bp,GC, which contained 4790 genes, 25 pseudogenes, 6 rRNA operons, 52 tRNA and 1 ncRNA.. The genome ORF was classified and annotated by online database COG,VFDB,PAIDB,ARDB and KEGG. The proportion of "R" (General function prediction only) was the highest (9.39%), followed by "E" (Amino acid transport and metabolism), (6.15%). The virulence gene analysis revealed 137 potential virulence genes in the genome. 9 potential antibiotic resistance genes were found in the analysis of antibiotic resistance genes, which may be resistant to chloramphenicol, macrolipids, trimethoprim, vermicycin and fosfomycin. The analysis of potential horizontal transfer genes revealed that there were 1068 potential horizontal transfer genes, accounting for 22.89 percent of all the protein coding sequences, among which the horizontal transfer genes were derived from plasmids. Horizontal transfer genes derived from prophage and virus accounted for 86.70% and 0.57% of all horizontal transfer genes, respectively. It was found that there was a local collinear relationship between the genomic chromosomes of D.jiangningensis SBZ3-12 and the whole genome sequenced strains of the same genus. The analysis of its metabolic pathway showed that there was a complete TCA cycle pathway, which could guarantee the production of malic acid. The comparative analysis of metabolic pathways revealed that the TCA cycle pathways of other strains of Dyella were incomplete. The gene encoding catechol-type iron carrier receptor may be involved in the transport of mixed iron carrier. Based on the CsrA (Carbon storage regulator) analysis of D.jiangningensi.sSBZ3-12 and other species in ExPASy ProtParam Server,Pole Bioinformatique Lyonnais Network Protein sequence analysis and SWISS-MODEL online databases, it was found that the primary structure of CsrA was not significantly different, but the tertiary structure of CsrA was obviously different. It may perform specific functions in different strains and lay a foundation for elucidating the molecular biological mechanism of the weathering minerals of this strain. Identification of a mineral weathering bacterium A31 as a new species of the genus Sinomonas by multiphasic taxonomy, named Sinomonas susongensis sp.nov.
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P512.1;Q93

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