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《西北农林科技大学》 2018年
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拟无枝酸菌BJA-103的全基因组测序与比较基因组学分析

柯欣  
【摘要】:拟无枝酸菌属(Amycolatopsis)是一类重要的抗生素产生放线菌,属于假诺卡氏菌科。该属菌株广泛应用于抗生素的工业生产,如万古霉素产生菌东方拟无枝酸菌和利福霉素产生菌地中海拟无枝酸菌。本研究对分离自秦岭山区蜘蛛香根际土壤的一株拟无枝酸菌BJA-103进行全基因组测序和比较基因组学分析,旨在从泛基因组、系统进化、基因含量及次级代谢产物等层面对拟无枝酸菌属进行更全面的研究。主要取得了以下几方面的研究进展:通过全基因组测序得到了拟无枝酸菌BJA-103的基因组的完成图序列(GenBank登录号:CP017780)。菌株BJA-103的基因组由一个大小为9.48 Mb环状染色体构成,平均GC含量为68.83%,编码8644个CDS,4套16s-23s-5s核糖体RNA操纵子,55个tRNA。利用antiSMASH预测到了31个次级代谢基因簇,表明菌株BJA-103具有很高产生有利用价值抗生素的潜能。本研究首先将拟无枝酸菌BJA-103与属中仅有的4株完整测序且广泛研究的拟无枝酸菌的基因组基本特征进行了全面的比较分析。BJA-103与A.orientalis和A.japonica这两株糖肽类抗生素产生菌具有高度相似的基因组大小、GC含量、CDS数量及编码密度。共线性分析显示BJA-103与A.orientalis的基因组之间拥有极好的共线性,同时这两株菌的基因组排布和核心基因分布也高度相似,因此,A.orientalis的深入研究也为后续BJA-103的研究提供了依据。利用直系同源基因鉴定算法,将23个拟无枝酸菌基因组中的所有基因聚类成37019个直系同源基因家族,其中1629个为存在于每个菌株的核心直系同源基因,20421个基因被鉴定为菌株特异性基因。通过泛基因组特征曲线可以断定,拟无枝酸菌属具有开放的泛基因组,随着更多菌株的发现及测序,会有更多新的基因家族被鉴定,其泛基因组大小不断增加,而其核心基因组会趋于平稳。BJA-103基因组含有792个菌株特异性基因,位于所有菌株的中等水平,说明BJA-103与其余拟无枝酸菌均非同种且具有作为新种的潜在可能性。通过将23株拟无枝酸菌基因组中1629个核心同源基因的SNP信息串联构建系统发育树,准确阐明了各菌种的进化关系和进化地位。结果表明BJA-103与菌株A.coloradensis DSM 44225的亲缘关系最近。此外,研究结果证明了基于核心基因组SNPs和7个看家基因的多位点序列分析用于进化分析的可行性。同时,基因组间的遗传指标ANI和dDDH在提供菌种鉴定标准的同时可用于后续进化分析结果的验证。利用菌株间的泛基因组特征构建进化距离矩阵,UPGMA法绘制系统发育树对拟无枝酸菌基因组的基因含量及结构进行了分析。BJA-103与菌株A.alba DSM 44262和A.azurea DSM 43854聚在同一分支,这与进化分析显示的有差异,表明其基因在演化的过程中除了垂直遗传还遭受到大量的水平基因转移。而且,我们发现利用泛基因组构建的系统发育树也代表了菌株的抗生素生产能力。发现一类与StrR相似的通路特异性调控因子仅存在于糖肽类抗生素产生菌且对抗生素的产生起正调控作用,可用于后续BJA-103中瑞斯西丁素合成基因簇的激活和过表达。研究表明不同糖肽类抗生素基因簇的生物合成基因具有相同的结构域排布,其A结构域的位置及所用底物类型是产生抗生素差异的决定因素。我们对比万古霉素和巴里霉素合成基因的第三A结构域的活性位点发现了三个氨基酸突变,我们猜测可能是由于非同义的SNP导致的抗生素差异,然而其调控机制还需要进一步的探究。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:Q933

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【参考文献】
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