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奶牛瘤胃尿素分解菌溶糊精琥珀酸弧菌Z6完整基因组与氮利用

Samson Hailemariam Bekele  
【摘要】:溶糊精琥珀酸弧菌(Succinivibrio dextrinosolvens)属于革兰氏阴性厌氧细菌,是反刍动物瘤胃中的常见栖息细菌,并且在高谷物日粮条件下数量较多。溶糊精琥珀酸弧菌能发酵淀粉水解产物糊精和麦芽糖,某些溶糊精琥珀酸弧菌菌株能产生高活性脲酶。因此,研究瘤胃溶糊精琥珀酸弧菌的基因组特征及其代谢尿素氮机制,对于丰富瘤胃微生物氮代谢研究具有重要补充作用。通过厌氧细菌分离技术,从奶牛瘤胃中分离获得一株溶糊精琥珀酸弧菌,命名为SD-Z6菌株。通过三代Oxford高通量测序,分析溶糊精琥珀酸弧菌SD-Z6的全基因组序列,并且与该菌种中其他菌株基因组进行比较。同时,检测溶糊精琥珀酸弧菌SD-Z6的形态特征和生理生化。利用尿素、氨基酸和硫酸铵三种氮源,分析溶糊精琥珀酸弧菌SD-Z6的氮代谢,并利用转录组方法分析溶糊精琥珀酸弧菌SD-Z6功能基因的变化。结果表明,溶糊精琥珀酸弧菌SD-Z6的全基因组大小为3.47 Mbp,G+C含量为38.9%。总共含2993个编码序列,占98%,其中鉴定出21个rRNA基因和69个tRNA。COG功能注释表明,调节碳水化合物(10.6%)和氨基酸(9%)转运和代谢的基因最多。平均核苷酸一致性(ANI)分析表明,溶糊精琥珀酸弧菌SD-Z6与溶糊精琥珀酸弧菌SD-22B(99.96%)亲缘关系最近,而与溶糊精琥珀酸弧菌SD-ACV-10(86.73%),溶糊精琥珀酸弧菌SD-H5(83.87%)和溶糊精琥珀酸弧菌SD-DSM3072(83.14%)相对较远。比较基因组发现溶糊精琥珀酸弧菌SD-Z6与SD-22B具有0.34 Mb的核苷酸差异。溶糊精琥珀酸弧菌SD-Z6含有尿素转运基因簇、脲酶基因簇和氨同化酶基因。溶糊精琥珀酸弧菌SD-Z6菌株的生长温度为36~42~oC,最佳温度为39.7~oC;生长pH范围为6至8,最佳pH为6.9;生长盐浓度为0%-1%,最佳盐浓度为1%。与氨基酸相比,尿素作为氮源时溶糊精琥珀酸弧菌SD-Z6的生物量显著减少,显著激活脲酶和氨同化酶活性。转录组分析表明,共鉴定出1246个与氮源相关的差异表达基因(DEG),其中33个与氮代谢有关。氨基酸氮源能诱导溶糊精琥珀酸弧菌SD-Z6中与氨基酸降解和生物合成相关基因(ilvE,CysK,PurF和FabG)的表达,尿素氮源能诱导尿素转运基因(urtEurtD)和脲酶结构基因(ureA)的表达。因此,本研究首次获得了溶糊精琥珀酸弧菌的完整基因组,发现SD-Z6菌株具有独特的基因组特征,含有分解尿素相关功能基因。不同氮源通过影响溶糊精琥珀酸弧菌SD-Z6氮代谢相关功能基因表达,调控该菌的生长和尿素氮的分解利用。本研究丰富了瘤胃尿素分解菌基因组信息,拓宽了对尿素分解菌功能调控机制认识。


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