本文選題：多粘類芽孢桿菌　切入點(diǎn)：基因組重測序　出處：《山東農(nóng)業(yè)大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：多粘類芽孢桿菌(Paenibacillus polymyxa)是桿狀、產(chǎn)芽孢的革蘭氏陽性細(xì)菌,多分離自植物根際土壤。近年來,由于其顯著的植物促生功效和抑菌效果,被普遍認(rèn)為是一種植物根際促生菌(plant-growth-promoting rhizobacteria,PGPR)。多粘類芽孢桿菌能產(chǎn)生多種抑制細(xì)菌和真菌生長的拮抗物質(zhì),如多粘菌素(polymyxin)、環(huán)桿菌素(circulin)、喬利肽菌素(jolipeptin)、多肽菌素(polypeptins)、谷纈菌素(gatavalin)和殺鐮孢菌素(fusaricidins)等多種抗生素,而且由于某些抗生素的合成方式屬于非核糖體肽合成酶(non-ribosomal peptide synthetases,NRPS)合成的,這更加吸引了越來越多的研究者關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)室在前期工作中分離出一株多粘類芽孢桿菌,命名為SC2。該菌株對多種植物病原真菌和細(xì)菌均有顯著抑菌效果。然而,在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)環(huán)境下,SC2菌株的菌落形態(tài)表現(xiàn)出了極大的不穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn),SC2-M1和SC2-M2是分離自SC2連續(xù)培養(yǎng)過程中的兩個(gè)自發(fā)突變株。與野生株SC2相比,SC2-M1和SC2-M2在形態(tài)上存在明顯差異,研究發(fā)現(xiàn)三者在產(chǎn)孢能力、鞭毛及運(yùn)動(dòng)性、菌落形態(tài)、多糖合成、拮抗能力、生物膜形成、營養(yǎng)物質(zhì)利用能力及生長情況等方面均有明顯差異。通過基因組重測序和轉(zhuǎn)錄組測序的方法,獲得了更全面的基因組差異和轉(zhuǎn)錄組差異信息�；蚪M重測序結(jié)果顯示,與SC2相比,SC2-M1基因組上共發(fā)生了14處變異,包括10處SNV,3處Indel和1處SV;SC2-M2基因組上共發(fā)生了9處變異,包括7處SNV和2處Indel。對基因編碼區(qū)內(nèi)的變異分析發(fā)現(xiàn),直接涉及芽孢形成的基因只有發(fā)生在染色體3383926位置處spo0A的632位置GA的單核苷酸突變。該突變導(dǎo)致了Spo0A蛋白的211Arg替換為211His。spo0A是芽孢形成過程中起始階段的關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因。通過對多種產(chǎn)芽孢菌株中Spo0A蛋白的氨基酸序列比對分析發(fā)現(xiàn),211Arg是高度保守性的,參與了Spo0A蛋白HTH結(jié)構(gòu)域與DNA靶序列的結(jié)合作用。對三株菌的轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果顯示,在SC2-M1和SC2-M2中涉及芽孢形成的基因表達(dá)水平大幅下調(diào),尤其是受到Spo0A直接調(diào)控的spoIIAA、spoIIAB、spoIIE、sigE和sigF都表現(xiàn)出明顯下調(diào);然而,涉及芽孢形成初期的基因,包括spo0A在內(nèi)的磷酸傳遞中繼系統(tǒng)的基因的表達(dá)水平都未顯示明顯差異。據(jù)此推測Spo0A的211Arg替換引起其調(diào)控功能失活是導(dǎo)致芽孢形成受阻的關(guān)鍵原因。分別在SC2-M1和SC2-M2中進(jìn)行了spo0A的功能回補(bǔ)實(shí)驗(yàn)。利用自殺質(zhì)粒介導(dǎo)的DNA同源重組系統(tǒng)將Spo0A突變的211His重新恢復(fù)至野生型211Arg;同時(shí),在SC2-M2中又將211His分別替換為211Asp和211Ala,觀察重組菌株的芽孢形成情況。結(jié)果表明,只有當(dāng)211位置為Arg時(shí),SC2-M2的產(chǎn)孢能力才得以恢復(fù)。本實(shí)驗(yàn)不僅證實(shí)了多粘類芽孢桿菌SC2菌株產(chǎn)孢能力的喪失是由基因組中spo0A基因632位置發(fā)生GA點(diǎn)突變引起的,而且進(jìn)一步證明了Spo0A蛋白211Arg對其功能的必需性。除spo0A基因的變異直接影響突變株的芽孢形成差異以外,對兩突變株上的其他突變進(jìn)行了分析,找到了有可能影響如鞭毛和運(yùn)動(dòng)性、胞外多糖合成、殺鐮孢菌素合成水平等方面的關(guān)鍵基因,全面的闡述了突變菌株與野生株的表型差異主要是由于基因組的變異引起的。揭示芽孢形成分子機(jī)制不僅是基本的生物學(xué)問題,而且對于芽孢桿菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用具有十分重要的實(shí)踐價(jià)值。本研究為多粘類芽孢桿菌芽孢形成的生理過程提供了豐富的遺傳背景信息,獲得的基因組重測序數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對進(jìn)一步開展多粘類芽孢桿菌SC2菌株的功能基因組學(xué)研究奠定了良好基礎(chǔ)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：Q93

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本文編號：1637636