【摘要】：本研究對3株南極海洋石油烴低溫降解菌Shewanella sp.NJ49、Pseudoalteromonas sp.NJ289和Planococcus sp.NJ41的基因組展開測序、拼接和組裝,通過全基因組測序,獲得了3株細菌的基因信息,基于目前的基因數(shù)據(jù)庫、蛋白數(shù)據(jù)庫信息,對獲得的全基因組進行功能注釋,并根據(jù)代謝途徑注釋結果,分析低溫降解菌的代謝過程和相關低溫、耐鹽和抗輻射適應機制和降解酶基因,同時對3株細菌的比較基因組學進行了研究,初步探明了3株細菌的全基因組序列和適應低溫、高輻射、高鹽極端環(huán)境的基因。主要的研究結果如下:(1)Shewanella sp.NJ49基因組總長度約為4.7M,平均G+C含量為41.57%,有4個scaffold;在該基因組中存在5個不完整的前噬菌體;基因組中有12段CRISPR序列,推測該菌在抵抗外源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注釋結果表明,胞外組分、生物合成過程及細胞組分中的基因最多;COG注釋結果表明,一般功能基因居多,其次為未知功能的基因,轉錄和信號轉導過程涉及的基因數(shù)量也較多。注釋結果表明菌株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的基因。(2)Pseudoalteromonas sp.289基因組總長度約為3.5M,平均G+C含量為40.83%;357個蛋白中存在信號肽,占總蛋白數(shù)量的9.94%;853個蛋白編碼基因中存在至少一個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注釋結果表明,生物過程、胞外氮組分和鐵結合蛋白中的基因最多;COG注釋結果表明,未知基因最多,高達28.55%,說明該細菌含有大量未知功能的基因,是一個潛在的新基因庫,其次為一般功能基因,氨基酸轉運和代謝過程涉及的基因數(shù)量也較多;KEGG注釋結果表明,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,再次為碳代謝相關基因。系統(tǒng)發(fā)育分析結果表明,菌株NJ289可能是一個新種。(3)Planococcus sp.NJ41基因組總長度3.1M,平均G+C含量為39.69%,該菌共有3,138個編碼基因,其總長度2,743,959bp,編碼基因的平均長度874bp,編碼序列的覆蓋度達到87.17%。NJ41基因組內共有127個重復序列,其中LTR長末端重復序列74個,DNA轉座子15個,LINE長散在重復序列24個,SINE短散在重復序列10個,RC滾環(huán)1個,未知重復序列3個,串聯(lián)重復序列中小衛(wèi)星DNA85個,微衛(wèi)星DNA2個;非編碼RNA中,t RNA共67個,平均長度77bp,5s r RNA9個,平均長度115bp,16s r RNA9個,平均長度1,538bp,23s r RNA9個,平均長度2,932bp,s RNA2個,平均長度98bp;NJ41不含有前噬菌體和CRISPRs,但有7個基因島,平均長度為15,429bp,顯示了其部分基因橫向起源跡象,該菌的低溫適應性或者低溫降解功能可能與基因島上的基因有關;GO注釋結果表明,在細胞組分大類基因中細胞和細胞組分的基因數(shù)量較多為821個基因,在參與生物過程大類基因中參與參與代謝和細胞的基因數(shù)量很多,分別為1,246和1,173個基因,在分子功能大類基因中,催化活性和結合基因數(shù)最多,分別為1,319和965個。經過深入分析,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。二級分類中,COG類別E(氨基酸轉運與代謝)、J(翻譯,核糖體結構和生物合成)和P(無機離子轉運與代謝),所涉及的蛋白數(shù)目相對較多,分別占預測蛋白總數(shù)的13%、8%、8%。將菌株NJ41基因組預測的所有基因與KEGG數(shù)據(jù)庫進行比對,在7205個全基因中,57%(1790個)的基因與KEGG數(shù)據(jù)庫基因匹配,1790個基因共涉及142條33類KEGG代謝途徑。注釋結果表明菌株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的基因。(4)3株細菌有各自不同的低溫適應、耐鹽和抗輻射機制以及降解酶系統(tǒng)。在低溫適應機制方面,3株細菌都含有低溫適應的分子伴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);抗輻射機制方面,3株細菌均依賴Uvr ABC系統(tǒng)進行DNA損傷修復,菌株NJ49和菌株NJ289還注釋到調節(jié)因子Uvr Y,與Schizosaccharomyces屬細菌和Bacillus屬細菌中的紫外DNA修復核酸內切酶相近;耐鹽機制方面,3株細菌都包含Trk系統(tǒng)和Na+/H+逆向轉運蛋白系統(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等轉運體;在降解異源物質方面,3株細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酶基因。(5)3株細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)育分析預示著NJ289可能是新種,在NJ289中注釋到了兩個基因簇,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個基因簇(terpene)。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(海洋研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X55;X172
【圖文】：

關鍵其生成順丁烯圖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)編編碼的酶把水進入三羧酸循與兒茶酚間位水楊酸羥化酶。該途徑由進入三羧酸循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位于于質粒 D丹等，2010)Pseudomon基因組學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。0%-9堿基 NJ4 數(shù)。往往偏離論值Fig 2坐標是 read紅線代表90%區(qū)間�；|量較高49 的 G+C紅色曲線往是由于文離理論分布值與實測值圖 2-1 單2-1 Qualityds 堿基位置表中位數(shù)，藍一般而言。從結果可含量分布見表示的是實庫的污染或的情況提示符合較好。單堿基質量y distributio置(5’->3’)，藍線代表平，Reads 的可知，本次見圖 2-2。實測值，藍或是部分 r示我們可能。量分布圖on of single縱坐標是平均數(shù)，黃5’端和 3次測序過濾其中橫坐標藍色曲線表reads 構成能有系統(tǒng)偏e base是所有 reads黃色代表 25’端的堿基濾后的數(shù)據(jù)標是 G+C表示的是理成的子集有偏差。從圖s 在該5%-質量平均含量論值偏差中可

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本文編號：2733425