本文關(guān)鍵詞：倭蜂猴糞便微生物多樣性研究及功能基因的生物信息學(xué)分析

  更多相關(guān)文章： 倭蜂猴 糞便微生物 宏基因組 芳香族化合物代謝 高通量測(cè)序

【摘要】：倭蜂猴是國(guó)家I類重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物,其腸道中存在的微生物群落是長(zhǎng)期進(jìn)化的結(jié)果,與動(dòng)物的食性、機(jī)體免疫、營(yíng)養(yǎng)需求等有密切關(guān)系。為了解倭蜂猴胃腸道環(huán)境中微生物的多樣性,闡明微生物在該環(huán)境中的群落分布、種群功能、微生物的進(jìn)化及其在地球物質(zhì)循環(huán)過(guò)程中的作用,以及促進(jìn)微生物資源的開(kāi)發(fā),本文結(jié)合傳統(tǒng)分子生態(tài)學(xué)方法、宏基因組學(xué)技術(shù)和生物信息學(xué)分析,首先較為全面地研究倭蜂猴糞便微生物的組成與潛在功能,為促進(jìn)該珍稀野生動(dòng)物的保護(hù)及其胃腸道微生物的利用奠定基礎(chǔ),并為進(jìn)一步了解人類及其胃腸道微生物的進(jìn)化提供理論依據(jù);其次,研究倭蜂猴糞便微生物的芳香族化合物代謝基因,為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和豐富環(huán)境中芳香族化合物代謝提供理論依據(jù),為倭蜂猴糞便微生物基因資源的開(kāi)發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。研究結(jié)果總結(jié)如下:1.基于16S rRNA基因的倭蜂猴糞便菌群多樣性研究以倭蜂猴糞便為樣本,利用16S rDNA克隆和測(cè)序的方法,研究了倭蜂猴糞便中細(xì)菌群落的組成。結(jié)果表明,厚壁菌門(Firmicutes)和變形菌門(Proteobacteria)是倭蜂猴糞便菌群中的優(yōu)勢(shì)菌,尤其以假單胞菌屬(Pseudomonas)的細(xì)菌最多,并發(fā)現(xiàn)了大量以前還未鑒定的細(xì)菌。2.基于宏基因組學(xué)的倭蜂猴糞便微生物組成研究利用鳥(niǎo)槍法宏基因組焦磷酸測(cè)序及比較宏基因組技術(shù),全面研究了倭蜂猴糞便微生物的物種組成及其與人和其它動(dòng)物的異同。結(jié)果表明擬桿菌門(Bacteroidetes)是最豐富的細(xì)菌門,其次是變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)和厚壁菌門(Firmicutes)。古菌、真菌和病毒是倭蜂猴糞便微生物組中的次要種群,所有古菌都?xì)w屬于廣古菌門(Euryarchaeota)和泉古菌門(Crenarchaeota),其中產(chǎn)甲烷古菌最為豐富和多樣。倭蜂猴糞便微生物組中共存在子囊菌門(Ascomycota)、擔(dān)子菌門(Basidiomycota)和微孢子蟲(chóng)門(Microsporidia)三個(gè)門的真菌,病毒來(lái)源的序列只有約0.1%,且全部都是噬菌體。物種組成為基礎(chǔ)的比較宏基因組研究表明,Bacteroidetes、Proteobacteria、Actinobacteria和Firmicutes在倭蜂猴、人類和其它動(dòng)物的胃腸道組中都占優(yōu)勢(shì),然而其所占相對(duì)比例不同,且倭蜂猴比人類和其他動(dòng)物含有更多疣微菌門的細(xì)菌。雙向聚類比較表明,倭蜂猴和小鼠腸道的微生物群落結(jié)構(gòu)最為相似。3.基于宏基因組學(xué)的倭蜂猴糞便微生物潛在功能及代謝研究利用鳥(niǎo)槍法宏基因組焦磷酸測(cè)序及比較宏基因組技術(shù),研究了倭蜂猴糞便微生物的潛在功能及其與人和其它動(dòng)物的異同�；赟EED subsystems的功能分類表明,糖代謝是倭蜂猴糞便微生物宏基因組中最豐富的功能類別;基于COG蛋白庫(kù)的功能分類表明,Metabolism所占比例最高,其中氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝(E)豐度最高;基于CAZymes的注釋表明,CAZymes家族中GH所占比例最高,其次是GT、CE、PL和CBM,其中屬于GT 2的序列最豐富,其次是GH3和GH 2;KEGG代謝途徑注釋表明,倭蜂猴糞便微生物宏基因組中存在大多數(shù)苯甲酸代謝所需酶類。功能代謝為基礎(chǔ)的比較宏基因組研究表明,倭蜂猴糞便微生物宏基因組中具有更高豐度和多樣性的芳香族化合物代謝系統(tǒng)。雙向聚類比較表明,雖然倭蜂猴和小鼠腸道系統(tǒng)的微生物群落結(jié)構(gòu)組成最相似,但其功能卻有差異,倭蜂猴與人、雞和狗聚在一起,而與鼠和牛分開(kāi)。4.倭蜂猴糞便微生物宏基因組文庫(kù)構(gòu)建及芳香族化合物代謝基因的研究通過(guò)構(gòu)建宏基因組Fosmid文庫(kù),采用功能篩選從中獲得能代謝芳香族化合物的43個(gè)陽(yáng)性克隆,對(duì)其質(zhì)粒進(jìn)行高通量測(cè)序,研究了倭蜂猴糞便微生物的芳香族化合物代謝基因。結(jié)果表明,獲得的芳香族化合物代謝酶類基因主要來(lái)源于γ-Proteobacteria和Actinobacteria,含蓋了芳香族化合物的好氧和雜合代謝途徑,并從中獲得一個(gè)來(lái)自Brevibacterium sp.的完整苯乙酸代謝基因簇。與其它放線菌門及革蘭氏陽(yáng)性菌的苯乙酸代謝基因簇相比,該基因簇的基因結(jié)構(gòu)和分布位置存在明顯差異。生物信息學(xué)分析表明,paaK的ORF全長(zhǎng)1296bp,編碼431個(gè)氨基酸,與其它屬細(xì)菌來(lái)源的苯乙酰輔酶A連接酶的氨基酸序列相似性低于65%且系統(tǒng)進(jìn)化距離較遠(yuǎn),具有典型的AMP binding motif以及PA-CoA ligase的保守區(qū)DIYGLSE和YRTRD。
【關(guān)鍵詞】：倭蜂猴 糞便微生物 宏基因組 芳香族化合物代謝 高通量測(cè)序
【學(xué)位授予單位】：云南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S865.31;Q93
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 術(shù)語(yǔ)、符號(hào)說(shuō)明8-14
• 第一章 緒論14-49
• 1.1 研究目的和意義14-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-47
• 1.2.1 動(dòng)物胃腸道微生物15-30
• 1.2.2 宏基因組學(xué)30-44
• 1.2.3 芳香族化合物微生物降解代謝的研究進(jìn)展44-47
• 1.3 研究的內(nèi)容及技術(shù)路線47-49
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容47-48
• 1.3.2 技術(shù)路線48-49
• 第二章 基于 16S rRNA基因的倭蜂猴糞便菌群多樣性研究49-64
• 2.1 引言49
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法49-55
• 2.2.1 倭蜂猴糞便樣品的采集49
• 2.2.2 菌種49
• 2.2.3 培養(yǎng)基49-50
• 2.2.4 試劑與儀器50
• 2.2.5 細(xì)菌 16S rRNA基因擴(kuò)增引物50
• 2.2.6 倭蜂猴糞便微生物基因組DNA的提取50-52
• 2.2.7 倭蜂猴糞便細(xì)菌 16S r DNA文庫(kù)構(gòu)建及系統(tǒng)發(fā)育分析52-55
• 2.3 結(jié)果和分析55-61
• 2.3.1 倭蜂猴糞便微生物基因組DNA的提取55-56
• 2.3.2 PCR擴(kuò)增細(xì)菌 16S rDNA56-57
• 2.3.3 16S rDNA克隆、轉(zhuǎn)化和文庫(kù)構(gòu)建57
• 2.3.4 菌落PCR驗(yàn)證陽(yáng)性克隆57-58
• 2.3.5 陽(yáng)性克隆的PCR-RFLP分析58
• 2.3.6 系統(tǒng)進(jìn)化分析58-61
• 2.4 討論61-64
• 第三章 基于宏基因組學(xué)的倭蜂猴糞便微生物組成研究64-81
• 3.1 引言64
• 3.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法64-66
• 3.2.1 倭蜂猴糞便樣品的采集64
• 3.2.2 DNA提取及Shotgun Pyrosequencing64-65
• 3.2.3 生物信息學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析65-66
• 3.3 結(jié)果和分析66-79
• 3.3.1 倭蜂猴糞便微生物基因組DNA的提取66
• 3.3.2 Shotgun Pyrosequencing66-69
• 3.3.3 倭蜂猴糞便細(xì)菌的進(jìn)化分析69-72
• 3.3.4 倭蜂猴糞便真菌的進(jìn)化分析72-73
• 3.3.5 倭蜂猴糞便古菌的進(jìn)化分析73-75
• 3.3.6 倭蜂猴糞便病毒的進(jìn)化分析75-76
• 3.3.7 倭蜂猴糞便微生物組成的比較宏基因組分析76-79
• 3.4 討論79-81
• 第四章 基于宏基因組學(xué)的倭蜂猴糞便微生物潛在功能及代謝研究81-99
• 4.1 引言81
• 4.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法81-83
• 4.2.1 倭蜂猴糞便樣品的采集81
• 4.2.2 DNA提取及Shotgun Pyrosequencing81-82
• 4.2.3 生物信息學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析82-83
• 4.2.4 KEGG代謝途徑分析83
• 4.3 結(jié)果與分析83-97
• 4.3.1 倭蜂猴糞便微生物宏基因組的SEED subsystems功能分類83-84
• 4.3.2 倭蜂猴糞便微生物宏基因組的COG功能分類84-85
• 4.3.3 倭蜂猴糞便微生物功能的比較宏基因組分析85-90
• 4.3.4 倭蜂猴糞便微生物宏基因組的碳水化合物活性酶類注釋90-95
• 4.3.5 KEGG代謝途徑分析95-97
• 4.4 討論97-99
• 第五章 倭蜂猴糞便微生物宏基因組文庫(kù)構(gòu)建及芳香族化合物代謝基因的研究99-128
• 5.1 引言99-100
• 5.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法100-106
• 5.2.1 倭蜂猴糞便樣品的采集100
• 5.2.2 DNA提取100
• 5.2.3 宏基因組Fosmid文庫(kù)構(gòu)建100-104
• 5.2.4 宏基因組Fosmid文庫(kù)中芳香族化合物代謝相關(guān)基因的活性篩選104-105
• 5.2.5 Fosmid質(zhì)粒提取、驗(yàn)證、測(cè)序和分析105
• 5.2.6 苯乙酸代謝基因簇和基因的分析及其系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)構(gòu)建105
• 5.2.7 苯乙酰輔酶A連接酶paaK的生物信息學(xué)分析105-106
• 5.2.8 試劑與儀器106
• 5.3 結(jié)果與分析106-126
• 5.3.1 倭蜂猴糞便微生物宏基因組DNA提取結(jié)果106-107
• 5.3.2 倭蜂猴糞便樣品中目的DNA的回收107-109
• 5.3.3 Fosmid宏基因組文庫(kù)構(gòu)建109
• 5.3.4 Fosmid宏基因組文庫(kù)評(píng)估109-111
• 5.3.5 Fosmid宏基因組文庫(kù)中芳香族化合物代謝基因篩選111-112
• 5.3.6 Fosmid質(zhì)粒測(cè)序和分析112-114
• 5.3.7 scaffold11中苯乙酸代謝基因簇的序列分析114-116
• 5.3.8 scaffold3中苯乙酸代謝基因簇的序列分析116-120
• 5.3.9 Brevibacterium sp.苯乙酸代謝基因簇中苯乙酰輔酶A連接酶基因paaK的序列分析及其系統(tǒng)進(jìn)化研究120-121
• 5.3.10 Brevibacterium sp.苯乙酸代謝基因簇中paaK的一級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)121-122
• 5.3.11 Brevibacterium sp.苯乙酸代謝基因簇中paa K的二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)122-124
• 5.3.12 Brevibacterium sp.苯乙酸代謝基因簇中paaK的保守結(jié)構(gòu)域分析和多序列比對(duì)124-126
• 5.3.13 Brevibacterium sp.苯乙酸代謝基因簇中paaK的三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)126
• 5.4 討論126-128
• 第六章 結(jié)論與建議128-132
• 6.1 結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)128-129
• 6.1.1 研究結(jié)論128-129
• 6.1.2 創(chuàng)新點(diǎn)129
• 6.2 建議與展望129-132
• 參考文獻(xiàn)132-153
• 附錄153-156
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和研究成果156-158
• 致謝158

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 姚琨;張日俊;;宿主腸道微生物群落多樣性和演替分析技術(shù)的演變和發(fā)展[J];中國(guó)微生態(tài)學(xué)雜志;2006年05期

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本文編號(hào)：1007499