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Lactobacillus casei Zhang BREX系统鉴定及DNA甲基化与菌株生物学特性的相关性研究

惠文彦  
【摘要】:噬菌体排斥(Bacteriophage exclusive,BREX)系统是一类在原核生物中新发现的抗噬菌体系统。目前在乳酸菌中并未有关于此抗噬菌体系统的报道。Lactobacillus(L.)casei Zhang是从传统发酵酸马奶中分离筛选得到的一株具有优良益生特性的乳酸菌。在之前的研究中,通过单分子实时测序技术在L.casei Zhang的基因组中发现了 6甲基腺嘌呤的DNA甲基化表型。经基因注释,发现了两个甲基转移酶LCAZH_2056(pglX)和LCAZH_2054。本论文以L.casei Zhang的甲基转移酶为研究对象,通过生物信息学分析鉴定L.casei Zhang的抗噬菌体系统,采用基因敲除、单分子实时测序技术等实验方法分析两甲基转移酶的功能,同时探究了 DNA甲基化表型与L.casei Zhang生物学特性之间的联系。得到如下结论:(1)L.casei Zhang基因组上存在由8个基因构成的BREX系统基因簇。通过构建pglX基因和LCAZH_2054基因的突变菌株并结合单分子实时测序等实验发现:pglX基因是L.casei Zhang的6甲基腺嘌呤DNA甲基化控制基因,并且在BREX系统中发挥重要作用;LCAZH_2054基因在BREX系统中可能具有调节系统特异性的功能。(2)在研究DNA甲基化与L.casei Zhang生物学特性之间的联系方面,研究发现:6甲基腺嘌呤的DNA甲基化表型是否存在没有影响到菌株的菌落和菌体形态。DNA甲基化的缺失可以加快突变菌株L.casei Zhang ApglX在对数生长期的生长。转录组数据分析发现,此甲基化的消失激活了与糖代谢、丙酮酸代谢、氨基酸代谢等相关基因的表达,使菌株生长加快。(3)DNA甲基化表型的缺失对菌株抗酸胁迫和胆盐胁迫的影响较小,但6甲基腺嘌呤的DNA甲基化突变菌株L.casei Zhang ApglX的抗氧胁迫能力明显下降。通过分析转录组数据发现,此表型的丧失调控了硫氧还蛋白编码基因、脂肪酸合成和复制重组修复相关基因等多种基因的表达,同时调节多种复杂的代谢途径使菌株抗氧胁迫能力降低。综上所述,本实验在L.casei Zhang基因组中鉴定了一个BREX抗噬菌体系统,并且甲基转移酶pglX基因起到核心作用。甲基转移酶LCAZH_2054基因在BREX系统中可能起到调节系统特异性的功能,但仍需进一步验证。此外,6甲基腺嘌呤DNA甲基化与菌株对数生长期的生长和菌株抗氧胁迫能力具有一定的相关性。


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