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鸭和鸽支原体基因组测序及比较基因组学分析

郭子晟  
【摘要】:鸭支原体(Mycoplasma anatis)是一种条件致病性支原体,能引起鸭传染性窦炎,对雏鸭感染性更高,可引发眶下窦、鼻腔、气管和气囊的炎症,以眶下窦肿胀为典型特征。耐过鸭则发育迟滞、生长缓慢,直接影响经济效益。鸽支原体(Mycoplasma columbinum)最早从患有呼吸道症状鸽的喉头拭子中分离,但正常鸽的口腔、喉头亦可分离到,因而其病原学地位一直未有定论,多年来对鸽支原体的研究报道较少。 随着基因组测序技术的不断发展以及比较基因组学的广泛应用,为微生物学的研究提供了更为广阔的平台。本研究在完成两株禽类支原体基因组测序的基础上,借助软件和数据库对基因组所承载的遗传信息进行了基本分析和比较分析,进而对其基因组结构、进化情况和毒力相关因子有了更为深入的了解,并通过人工感染试验对鸭支原体国内分离菌株的致病力进行了比较研究,主要工作包括: 1.鸭支原体1340菌株的基因组测序及分析 1340菌株是鸭支原体的模式菌株,通过基因组测序,完成了对第一株鸭支原体基因组的测序及分析工作。1340基因组全长928,687bp,GC含量为26.64%,预测基因总数为778个,编码区大小为824,112bp,占整个基因组的88.74%,编码基因平均长度为1,059bp,含有4个rRNA,33个tRNA。在基因注释的基础之上,对其进行基因功能分类、代谢通路基因组分、编码蛋白特性、转运蛋白等方面进行了分析和归纳。 2.鸽支原体SF7菌株的基因组测序及分析 鸽支原体SF7株是由本实验室分离并保存的分离株,SF7基因组为第一株完成基因组测序的鸽支原体。SF7基因组大小为0.75Mb,GC含量为26.95%,共预测612个编码基因,编码区大小为0.67Mb,在基因组中比例为89.08%,编码基因平均长度为1,089bp,包括2个rRNA和30个tRNA。SF7基因组糖酵解途径并不完整,但有3个关键的精氨酸分解酶,进而构成了精氨酸水解途径,从基因组学水平上解释了该支原体不发酵葡萄糖、能水解精氨酸的表型特点。在完成基因组注释和基因功能分类后,对代谢通路、编码蛋白特性、限制级修饰相关基因等方面亦作了分析及概括。 3.鸭支原体1340株和鸽支原体SF7株进化分析及比较基因组学分析 选取已完成基因组测序的支原体科21株基因组作为参考基因组,对1340、SF7完成了进化分析及比较分析。结果表明,鸭支原体、鸽支原体与鸡毒支原体在支原体科系统分析时分别处于两个大的进化分支上,进化距离较远,基因组序列共线性仅为30%左右,通过选择进化压力分析证明鸭支原体1340和鸽支原体SF7发生变异较多,存在进化选择。利用自编程序对包括鸭支原体1340和鸽支原体SF7在内的7株支原体全基因组、编码区和非编码区进行串联重复序列分析,发现其中差异最大的单核苷酸重复单位总体GC含量可以作为判定物种生物进化的辅助判定标准。同时,单核苷酸重复单位的分布丰度因宿主的不同而存在差别,暗示了简单串联重复序列分布数量与宿主特异性之间存在联系。经分析发现鸭支原体1340、鸽支原体SF7与鸡毒支原体Rlow株相比毒力因子较少,分别仅占鸡毒支原体毒力因子的56.2%和37.5%,且缺乏与侵袭力直接相关的vlhA黏附素基因家族,从基因组学水平上解释了鸭支原体、鸽支原体缺乏向呼吸道深部扩散能力的病原学特点。 4.人工感染试验 采用人工感染法对鸭支原体模式株1340和分离株SJQ进行致病性比较,结果表明,2株鸭支原体株均可引起试验鸭发生病变及增重减缓。其中,混合感染组(鸭支原体1340株或SJQ株与大肠杆菌078株混合感染组)与对照组比较,增重减缓最为明显;单独感染者次之(鸭支原体1340组、SJQ组、大肠杆菌078组);以鸭支原体1340和SJQ基因组为模板对毒力相关因子进行PCR扩增及BLAST分析,发现所扩增的毒力因子相关性均为97%以上,表明二者在致病性上无明显差别。


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