本文關(guān)鍵詞：固氮類芽胞桿菌的分離鑒定及比較基因組學研究

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【摘要】：類芽胞桿菌是一類革蘭氏陽性、兼性厭氧、產(chǎn)芽孢的細菌,本屬成員分布廣泛,具有非常高的遺傳多樣性與表型多樣性。雖然有些菌株可以固氮,有較強的抗逆能力,有很大的農(nóng)業(yè)應用前景,但是目前對他們的基因組學研究和固氮基因的遺傳和進化研究非常的有限。 為獲得固氮酶活高的優(yōu)良菌株,從北京、河北、甘肅、山東、云南等各地土壤樣品中分離篩選了多株固氮類芽胞桿菌。菌株gs6516S rRNA基因與標準菌株P(guān)aenibacillus borealis DSM13188T, Paenibacillus odorifer ATCC BAA-93T, Paenibacillus durus DSM1735T和Paenibacillus sophorae DSM230201同源性分別為97.5%,97.3%,97.0%,96.9%,與該屬其他菌株同源性都低于97%。DNA-DNA雜交結(jié)果表明該菌株與標準菌株同源性都低于40%,脂肪酸組成、生理生化等研究表明gs65是類芽胞桿菌的新種,命名為Paenibacillus taohuashanense sp. nov.,標準菌株定為gs65T (=CGMCC1.12175T=DSM25809T)。 為研究固氮類芽胞桿菌固氮基因的起源和進化,我們對31株細菌(15株固氮菌,16株非固氮菌)進行了比較基因組學研究,結(jié)果表明附屬基因組占到了整個泛基因組的65.2%,同時還發(fā)現(xiàn)該屬細菌基因組中有大量的噬菌體片段、轉(zhuǎn)座組件等流動性組件,表明類芽胞桿菌基因組高度雜合,說明類芽胞桿菌對環(huán)境有極強的適應能力。對固氮基因的研究表明該屬15株固氮菌都有一個保守的固氮基因簇nifBHDKENXhesAnifV,該固氮基因簇的轉(zhuǎn)錄受670啟動子控制,并且在啟動子區(qū)域存在GlnR/TnrA結(jié)合位點。進一步研究表明這個保守的固氮基因簇可以使大腸桿菌菌株JM109獲得固氮能力。NifHDK的貝葉斯進化樹表明類芽胞桿菌屬的固氮基因與弗蘭克氏菌有一個最近的共同的祖先。最后我們通過439個核心基因構(gòu)建了高可信度的物種樹。固氮菌株與非固氮菌株的核心基因組比較結(jié)果表明固氮菌株特有基因只有九個固氮基因。 通過對類芽胞桿菌屬的31株細菌比較基因組學研究,結(jié)果表明類芽胞桿菌屬的祖先是沒有固氮能力的,固氮基因簇是一個完整的功能單元,通過水平基因轉(zhuǎn)移獲得的,來源是弗蘭克氏桿菌的近緣物種。在之后的進化過程中,固氮基因簇發(fā)生了丟失,產(chǎn)生了一些非固氮類芽胞桿菌,同時鐵鐵固氮酶基因與釩鐵固氮酶基因的獲得使某些菌株進一步發(fā)生了分化。固氮類芽胞桿菌基因組內(nèi)其他拷貝的固氮基因或者類固氮基因可能來源于基因的復制。類芽胞桿菌屬固氮進化歷程中同時存在著基因水平轉(zhuǎn)移、固氮基因復制、固氮基因丟失與獲得現(xiàn)象。本研究支持了固氮基因的古菌起源假說,而且首次描述了固氮基因在固氮類芽胞桿菌中的起源和復雜的進化歷程。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：Q939.113

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

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本文編號：1243808