【摘要】：本研究對(duì)3株南極海洋石油烴低溫降解菌Shewanella sp.NJ49、Pseudoalteromonas sp.NJ289和Planococcus sp.NJ41的基因組展開(kāi)測(cè)序、拼接和組裝,通過(guò)全基因組測(cè)序,獲得了3株細(xì)菌的基因信息,基于目前的基因數(shù)據(jù)庫(kù)、蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)信息,對(duì)獲得的全基因組進(jìn)行功能注釋,并根據(jù)代謝途徑注釋結(jié)果,分析低溫降解菌的代謝過(guò)程和相關(guān)低溫、耐鹽和抗輻射適應(yīng)機(jī)制和降解酶基因,同時(shí)對(duì)3株細(xì)菌的比較基因組學(xué)進(jìn)行了研究,初步探明了3株細(xì)菌的全基因組序列和適應(yīng)低溫、高輻射、高鹽極端環(huán)境的基因。主要的研究結(jié)果如下:(1)Shewanella sp.NJ49基因組總長(zhǎng)度約為4.7M,平均G+C含量為41.57%,有4個(gè)scaffold;在該基因組中存在5個(gè)不完整的前噬菌體;基因組中有12段CRISPR序列,推測(cè)該菌在抵抗外源DNA入侵方面具有一定的免疫能力。393蛋白編碼基因中存在信號(hào)肽序列,占總蛋白編碼基因數(shù)量的9.41%;4,173蛋白編碼基因中存在至少一個(gè)及以上的跨膜螺旋區(qū)域,占總蛋白編碼基因數(shù)量的25.23%;GO注釋結(jié)果表明,胞外組分、生物合成過(guò)程及細(xì)胞組分中的基因最多;COG注釋結(jié)果表明,一般功能基因居多,其次為未知功能的基因,轉(zhuǎn)錄和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程涉及的基因數(shù)量也較多。注釋結(jié)果表明菌株NJ49存在可降解苯、萘、二甲苯、苯乙烯、氯代烷烴、氨基苯甲酸及芳香族化合物等異源物質(zhì)的基因。(2)Pseudoalteromonas sp.289基因組總長(zhǎng)度約為3.5M,平均G+C含量為40.83%;357個(gè)蛋白中存在信號(hào)肽,占總蛋白數(shù)量的9.94%;853個(gè)蛋白編碼基因中存在至少一個(gè)及以上的跨膜螺旋區(qū)域,占總蛋白編碼基因數(shù)量的23.7%;GO注釋結(jié)果表明,生物過(guò)程、胞外氮組分和鐵結(jié)合蛋白中的基因最多;COG注釋結(jié)果表明,未知基因最多,高達(dá)28.55%,說(shuō)明該細(xì)菌含有大量未知功能的基因,是一個(gè)潛在的新基因庫(kù),其次為一般功能基因,氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝過(guò)程涉及的基因數(shù)量也較多;KEGG注釋結(jié)果表明,該菌中代謝類基因最多,以一般代謝類基因最多,其次為氨基酸代謝基因,再次為碳代謝相關(guān)基因。系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果表明,菌株NJ289可能是一個(gè)新種。(3)Planococcus sp.NJ41基因組總長(zhǎng)度3.1M,平均G+C含量為39.69%,該菌共有3,138個(gè)編碼基因,其總長(zhǎng)度2,743,959bp,編碼基因的平均長(zhǎng)度874bp,編碼序列的覆蓋度達(dá)到87.17%。NJ41基因組內(nèi)共有127個(gè)重復(fù)序列,其中LTR長(zhǎng)末端重復(fù)序列74個(gè),DNA轉(zhuǎn)座子15個(gè),LINE長(zhǎng)散在重復(fù)序列24個(gè),SINE短散在重復(fù)序列10個(gè),RC滾環(huán)1個(gè),未知重復(fù)序列3個(gè),串聯(lián)重復(fù)序列中小衛(wèi)星DNA85個(gè),微衛(wèi)星DNA2個(gè);非編碼RNA中,t RNA共67個(gè),平均長(zhǎng)度77bp,5s r RNA9個(gè),平均長(zhǎng)度115bp,16s r RNA9個(gè),平均長(zhǎng)度1,538bp,23s r RNA9個(gè),平均長(zhǎng)度2,932bp,s RNA2個(gè),平均長(zhǎng)度98bp;NJ41不含有前噬菌體和CRISPRs,但有7個(gè)基因島,平均長(zhǎng)度為15,429bp,顯示了其部分基因橫向起源跡象,該菌的低溫適應(yīng)性或者低溫降解功能可能與基因島上的基因有關(guān);GO注釋結(jié)果表明,在細(xì)胞組分大類基因中細(xì)胞和細(xì)胞組分的基因數(shù)量較多為821個(gè)基因,在參與生物過(guò)程大類基因中參與參與代謝和細(xì)胞的基因數(shù)量很多,分別為1,246和1,173個(gè)基因,在分子功能大類基因中,催化活性和結(jié)合基因數(shù)最多,分別為1,319和965個(gè)。經(jīng)過(guò)深入分析,在NJ41菌基因組中發(fā)現(xiàn)了雙加氧酶和單加氧酶相關(guān)基因,其中單加氧酶基因有Pcp、次氮基三乙酸酯單加氧酶組分A和組分B、五氯酚-4單加氧酶,雙加氧酶基因有聯(lián)苯雙加氧酶、mhq O\色氨酸-2,3-雙加氧酶、2-硝基甲烷雙加氧酶和PF00903蛋白家族。COG注釋表明,參與基本代謝(Metabolism)的蛋白數(shù)目最多。二級(jí)分類中,COG類別E(氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝)、J(翻譯,核糖體結(jié)構(gòu)和生物合成)和P(無(wú)機(jī)離子轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝),所涉及的蛋白數(shù)目相對(duì)較多,分別占預(yù)測(cè)蛋白總數(shù)的13%、8%、8%。將菌株NJ41基因組預(yù)測(cè)的所有基因與KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì),在7205個(gè)全基因中,57%(1790個(gè))的基因與KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)基因匹配,1790個(gè)基因共涉及142條33類KEGG代謝途徑。注釋結(jié)果表明菌株NJ41中存在可以降解苯、萘、二甲苯、苯乙烯、氯代烷烴、氨基苯甲酸及芳香族化合物等異源物質(zhì)的基因。(4)3株細(xì)菌有各自不同的低溫適應(yīng)、耐鹽和抗輻射機(jī)制以及降解酶系統(tǒng)。在低溫適應(yīng)機(jī)制方面,3株細(xì)菌都含有低溫適應(yīng)的分子伴O禛rp E和熱激蛋白,不同的是NJ289和NJ41含有大量的冷激蛋白,NJ49不含有冷激蛋白,但NJ49的熱激蛋白及熱激蛋白轉(zhuǎn)錄因子非常豐富且多元化,其分子量有12KDa、70k Da、10k Da不等,還注釋到熱休克蛋白轉(zhuǎn)錄因子hsf1。NJ41菌株中發(fā)現(xiàn)冷休克蛋白Csp A和Csp C和一些類似冷激蛋白的基因和分子伴侶基因(Dna J、Dna K、Dna E);抗輻射機(jī)制方面,3株細(xì)菌均依賴Uvr ABC系統(tǒng)進(jìn)行DNA損傷修復(fù),菌株NJ49和菌株NJ289還注釋到調(diào)節(jié)因子Uvr Y,與Schizosaccharomyces屬細(xì)菌和Bacillus屬細(xì)菌中的紫外DNA修復(fù)核酸內(nèi)切酶相近;耐鹽機(jī)制方面,3株細(xì)菌都包含Trk系統(tǒng)和Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白系統(tǒng)。NJ289還包含prop系統(tǒng),菌株NJ41含有脯氨酸合成基因:pro A、pro B及pro C和put P、pan F等轉(zhuǎn)運(yùn)體;在降解異源物質(zhì)方面,3株細(xì)菌都可以降解一定范圍的芳烴,都含有多種降解酶系統(tǒng),其中NJ49中注釋到烷烴單加氧酶基因alk B和雙加氧酶基因,NJ289中注釋到了醛脫氫酶、醇脫氫酶等烷烴代謝相關(guān)酶基因,NJ41中注釋到了兒茶酚-2,3-雙加氧酶和乙醛脫氫酶等萘代謝相關(guān)酶基因。(5)3株細(xì)菌與其他同屬菌存在染色體基因組序列重排現(xiàn)象。系統(tǒng)發(fā)育分析預(yù)示著NJ289可能是新種,在NJ289中注釋到了兩個(gè)基因簇,顯示NJ289在抗菌、抗腫瘤或抗真菌藥物合成中具有一定的潛力。在NJ41中注釋到有2個(gè)基因簇(terpene)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(海洋研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X55;X172
【圖文】：

關(guān)鍵其生成順丁烯圖1-2。2 萘的代謝alene metab編碼降解酶染物有著特殊G7 的 NAHs sp. NJ289 和 Plan條是假單胞菌dBFCED)編編碼的酶把水進(jìn)入三羧酸循與兒茶酚間位水楊酸羥化酶。該途徑由進(jìn)入三羧酸循2。該途徑中驟與前二條途膽酸，然后由的酶是由na烯二酸-單酰謝途徑olic pathwa酶系基因位殊意義(張丹H7 質(zhì)粒、Pnococcus sp. NJ41）菌兒茶酚間編碼的酶將水楊酸氧化循環(huán)。第二位裂解途徑酶催化水楊由兒茶酚1，循環(huán)。第三中，萘至水途徑不同，由龍膽酸途agI編碼的龍酰丙酮酸(李ays位于于質(zhì)粒 D丹等，2010)Pseudomon基因組學(xué)及比較研間位裂解途徑將萘氧化成水化成兒茶酚，二條是兒茶酚徑相同，下游楊酸發(fā)生羥基2-雙加氧酶三條途徑是龍水楊酸降解與首先是由水途徑的酶催化龍膽酸1

橫坐計(jì)。0%-9堿基 NJ4 數(shù)。往往偏離論值Fig 2坐標(biāo)是 read紅線代表90%區(qū)間�；|(zhì)量較高49 的 G+C紅色曲線往是由于文離理論分布值與實(shí)測(cè)值圖 2-1 單2-1 Qualityds 堿基位置表中位數(shù)，藍(lán)一般而言。從結(jié)果可含量分布見(jiàn)表示的是實(shí)庫(kù)的污染或的情況提示符合較好。單堿基質(zhì)量y distributio置(5’->3’)，藍(lán)線代表平，Reads 的可知，本次見(jiàn)圖 2-2。實(shí)測(cè)值，藍(lán)或是部分 r示我們可能。量分布圖on of single縱坐標(biāo)是平均數(shù)，黃5’端和 3次測(cè)序過(guò)濾其中橫坐標(biāo)藍(lán)色曲線表reads 構(gòu)成能有系統(tǒng)偏e base是所有 reads黃色代表 25’端的堿基濾后的數(shù)據(jù)標(biāo)是 G+C表示的是理成的子集有偏差。從圖s 在該5%-質(zhì)量平均含量論值偏差中可

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2733425