發(fā)布時(shí)間：2018-05-10 14:41

  本文選題：根際有益菌 + 解淀粉芽孢桿菌�。� 參考：《南京農(nóng)業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)每年因投放大量化肥和農(nóng)藥,嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。有效施用根際有益菌是減少以上問題的重要措施之一。近年來,芽孢桿菌與木霉菌作為根際有益菌在生物防治和根際促生方面效果良好,已成為研究微生物植物益生機(jī)理的模式菌種�；蚪M測(cè)序技術(shù)的發(fā)展與成熟,深刻影響了生命科學(xué)領(lǐng)域的研究模式,傳統(tǒng)對(duì)微生物標(biāo)靶基因的研究,已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)全基因組信息的深度解析與挖掘,從而為實(shí)驗(yàn)研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本研究對(duì)實(shí)驗(yàn)室分離保存的三株具有植物促生和對(duì)土傳病原菌有拮抗作用的芽孢桿菌進(jìn)行了全基因組測(cè)序和注釋,在此基礎(chǔ)上,收集了基因組數(shù)據(jù)庫中另外28株解淀粉和枯草芽孢桿菌的基因組信息,并根據(jù)來源將這31株芽孢桿菌分為兩類:植物相關(guān)研究單元(Plant-Associated,PA,分離自植物根際或植物體)和植物非相關(guān)研究單元(non-Plant-Associated,nPA,工業(yè)酶制劑發(fā)酵菌株或?qū)嶒?yàn)室研究模式菌株),通過比較基因組和進(jìn)化基因組分析,比較了這兩組芽孢桿菌的基因組異同,探索了這兩類芽孢桿菌在進(jìn)化過程中的基因組動(dòng)態(tài)演化規(guī)律,為深入理解根際有益菌的根際適應(yīng)進(jìn)化機(jī)制提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本研究還建立了木霉基因組自動(dòng)化注釋平臺(tái),并利用該平臺(tái)分析注釋了本實(shí)驗(yàn)室分離保存并廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)的一株生防菌Trichodermaguizhouense NJAU 4742,分析比較了該菌與其他木霉菌株的基因組特性。具體研究結(jié)果如下:1.為了充分了解解淀粉芽孢桿菌SQR9、NJN-6和枯草芽孢桿菌HJ5的植物益生相關(guān)的分子遺傳背景,對(duì)這三株菌的全基因組進(jìn)行了測(cè)序與注釋分析。結(jié)果顯示,它們的染色體都為單一閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu),并都無質(zhì)粒存在。SQR9、NJN-6與HJ5的基因組全長分別為4.12 Mb、4.05 Mb和4.01 Mb,各包含基因4,078、3,894和3,917個(gè)。SQR9是本實(shí)驗(yàn)室研究PGPR菌株在根際生態(tài)行為及作用機(jī)制的主要菌種,本研究針對(duì)該菌進(jìn)行了全面的比較分析:與解淀粉芽孢桿菌FZB42、DSM7T、YAU B9601-Y2和枯草芽孢桿菌168的核心基因組共包含3,014個(gè)直系同源基因,泛基因組共包含5,643個(gè)直系同源基因,其中SQR9特有的基因有309個(gè)。利用Island Finder和SeqWord的預(yù)測(cè)工具顯示,SQR9共包含11個(gè)基因島,其中第三號(hào)基因島(GI-03)是SQR9所特有的,與某種未知的聚酮類化合物合成相關(guān)。此外,SQR9全基因組7.9%的序列與拮抗物質(zhì)合成有關(guān)。以FZB42為參照,分析并整理了SQR9基因組中與植物多糖降解、細(xì)菌運(yùn)動(dòng)與趨化、次級(jí)拮抗物質(zhì)產(chǎn)生(主要為抗生素類物質(zhì),如脂肽類抗生素和聚酮類抗生素)以及植物促生等相關(guān)的基因和基因簇等信息。最后,綜合所有分析的結(jié)果,繪制了該菌的基因組圈圖和主要代謝通路圖譜,并搭建了可供遠(yuǎn)程訪問的基因組瀏覽器。2.為了明確具有植物促生能力的枯草芽孢桿菌及解淀粉芽孢桿菌在根際適應(yīng)進(jìn)化過程中的基因組演化過程和相關(guān)的功能基因,從NCBI下載得到16個(gè)解淀粉芽孢桿菌基因組和12個(gè)枯草芽孢桿菌基因組,結(jié)合SQR9、NJN-6和HJ5共計(jì)31個(gè)基因組。經(jīng)過基因組比較、系統(tǒng)發(fā)育分析和動(dòng)態(tài)進(jìn)化等分析手段,獲得結(jié)果如下:(1)種族系統(tǒng)發(fā)育分析與層次聚類分析共同顯示,31株芽孢桿菌中,分離自植物根際的菌株在進(jìn)化關(guān)系上較其他菌株更為相近,這一點(diǎn)在枯草芽抱桿菌和解淀粉芽孢桿菌的進(jìn)化分歧表現(xiàn)一致。由此可見,這些菌株在長期的進(jìn)化過程中,都受到了根際環(huán)境的影響而表現(xiàn)出相同的進(jìn)化趨勢(shì)。(2)根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育分析的結(jié)果,將31株菌分為植物相關(guān)組和植物非相關(guān)組,隨后比較了這兩組菌核心基因組的差異,結(jié)果顯示:與植物相關(guān)的菌株,其核心基因組擁有更多與中間代謝和次生代謝產(chǎn)物合成相關(guān)的基因。這些基因在植物相關(guān)的菌株中呈現(xiàn)富集狀態(tài),與菌株利用植物分泌的各種底物和合成抗生素的能力有關(guān),為提高菌株在根際的適應(yīng)性和競(jìng)爭(zhēng)能力。更進(jìn)一步的分析也指出,植物多糖利用和抗生素合成是促使植物相關(guān)菌株在根際適應(yīng)中最關(guān)鍵的兩樣特征,同時(shí)也是區(qū)分這兩組菌的分水嶺。(3)利用分析工具AnGST對(duì)枯草芽孢桿菌和解淀粉芽孢桿菌在早期種族分化中的進(jìn)化事件進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)無論是解淀粉芽孢桿菌還是枯草芽孢桿菌在進(jìn)化成為與植物相關(guān)的芽孢桿菌時(shí),都以水平基因轉(zhuǎn)移的方式從環(huán)境中獲得了大量與代謝、轉(zhuǎn)錄/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和次級(jí)代謝合成等有關(guān)基因,而這些基因?qū)?xì)菌在根際中的存活和競(jìng)爭(zhēng)力具有重要影響作用。(4)以上結(jié)果表明芽孢桿菌菌株在植物根際中的適應(yīng)能力是多次通過水平基因轉(zhuǎn)移的方式,從環(huán)境中獲得功能基因。本研究同時(shí)也指出菌株在根際的競(jìng)爭(zhēng)能力也不是單純憑借一兩個(gè)基因就能擁有的,而是整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的與根際環(huán)境的基因發(fā)生交換從而更新自身基因組后獲得的。3.由于真菌基因組的高可塑性與多樣性,導(dǎo)致基因組的結(jié)構(gòu)注釋準(zhǔn)確率較低。為了提高木霉基因組注釋準(zhǔn)確性和可靠性,本研究對(duì)已有真菌基因組的注釋方法進(jìn)行了優(yōu)化整合,最終構(gòu)建了木霉基因組注釋平臺(tái)trichoCODE。trichoCODE的工作流程簡(jiǎn)述如下:階段1,基因訓(xùn)練集制備,將所有可用的證據(jù)(同源蛋白集、初始基因預(yù)測(cè)集和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù))制作成高質(zhì)量的基因訓(xùn)練集;階段2,利用訓(xùn)練集,對(duì)基因預(yù)測(cè)軟件Augustus和SNAP進(jìn)行訓(xùn)練和基因預(yù)測(cè);階段3,使用EVM工具整合所有的基因預(yù)測(cè)結(jié)果和基因證據(jù),得到一致的基因模型;階段4,預(yù)測(cè)結(jié)果更新,利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對(duì)基因模型進(jìn)行更新,添加可變剪接亞型和UTRs。對(duì)比了不同注釋平臺(tái)對(duì)已有木霉基因組注釋的結(jié)果以及利用trichoCODE對(duì)新測(cè)序的近瑞氏木霉基因組進(jìn)行了注釋,結(jié)果表明trichoCODE的注釋結(jié)果非�？煽俊�4.Trichoderma guizhouense NJAU 4742是一株重要的拮抗多種植物病原真菌的生防木霉。為了對(duì)該菌全部的遺傳信息進(jìn)行深入的認(rèn)識(shí)和了解,為今后改造NJAU4742成為新型生防制劑提供分子依據(jù)。本研究對(duì)該菌的基因組進(jìn)行了測(cè)序,隨后利用開發(fā)完成的trichoCODE注釋平臺(tái)對(duì)該菌基因組進(jìn)行了結(jié)構(gòu)注釋。基因組分析的結(jié)果顯示,該菌基因組大小為38.9 Mb,共編碼11,297個(gè)蛋白。系統(tǒng)發(fā)育分析顯示NJAU 4742與綠木霉親緣關(guān)系最近,都屬于重寄生營養(yǎng)方式。與其他木霉基因組的比較分析顯示,該菌相對(duì)擁有較豐富的天冬氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、金屬蛋白酶和絲氨酸蛋白酶等蛋白酶。此外,該菌與綠木霉一樣擁有豐富的次級(jí)代謝產(chǎn)物,而其中PKS基因的數(shù)量和類型多于其他木霉。
[Abstract]:In order to fully understand the molecular genetic background of Bacillus amyloliquefaciens SQR9 , NPA , industrial enzyme preparation fermentation strain or laboratory research mode strain , the genome information of the three strains of Bacillus amyloliquefaciens and other Trichoderma strains has been studied . Based on the results of phylogenetic analysis , 31 strains of Bacillus subtilis and B . amyloliquefaciens were cloned into plant - related groups and non - related groups . In order to improve the accuracy and reliability of genome annotation of Trichoderma .

【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S182

【參考文獻(xiàn)】

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