睾丸酮丛毛单胞菌和溶杆菌的比较基因组学研究及玉米BIBAC克隆的参考序列定位

摘要

比较基因组学是一种对完整或局部基因组的DNA序列、基因、基因的排列、调控序列以及其它基因组结构特征比较分析的生物学研究方法和领域。现在，比较基因组学已经成为研究生物的系统进化与变异、基因功能预测、甚至基因组序列拼装等领域的强大工具，同时也广泛应用于农业及医学研究领域。本论文对睾丸酮丛毛单胞菌及溶杆菌的基因组进行了比较研究，同时对玉米BIBAC(Binary BacterialArtificial Chromosome)克隆在其参考序列上定位的方法进行了探索。睾丸酮丛毛单胞菌是一种常发现于污染环境样本的环境微生物。该菌种可以分解利用类固醇和多种芳香族化合物却基本不能利用糖类。此外，该菌种还显示出对多种重金属和药物的抗性。然而，目前几乎没有针对睾丸酮丛毛单胞菌的比较基因组学研究。为了解睾丸酮丛毛单胞菌不同菌株基因组间的异同以及该物种主要生理性状的遗传基础，
　　本研究对该细菌十个菌株的基因组进行了测序，并与之前发表的该细菌的四个菌株的基因组序列一同进行了比较分析。结果显示：⑴睾丸酮丛毛单胞菌菌株的基因组大小在5.1到6.0 Mb之间，GC含量在61.1％到61.8％之间，该菌种泛基因组包含10，165个基因家族，核心基因组包含3，599个基因家族。Heap's law分析结果显示，睾丸酮丛毛单胞菌的泛基因组可能为开放式（α=0.639）；⑵实验室收集的11个睾丸酮丛毛单胞菌株的31项重要表型中有99.4％与其对应基因型一致。说明该菌种表型与基因型是高度对应的；⑶在该物种基因组中存在与硝酸亚硝酸还原，类固醇降解，以及重金属和药物抗性相关的基因簇，并且这些基因簇在不同基因组间非常保守。这些基因簇可以用于对该菌的分子鉴定和MLST(MultiLocus Sequence Typing)；⑷该菌不同菌株间的基因组相似度和核苷酸多态性可能与地理距离和环境重金属含量相关。本研究为未来对该物种进一步研究提供了新的基因组资源。重要的是，这项工作专注于研究该细菌典型特征的潜在遗传决定因素，并发现它们是高度对应的。溶杆菌是一种可以分泌胞外酶裂解其它微生物细胞的细菌。我们过去对溶杆菌的四个菌株进行了基因组测序和基因组比较分析。为进一步研究溶杆菌属不同菌种间的基因组差异，本研究将这四个基因组与NCBI上新公布的四个基因组一同进行了比较基因组学分析。结果显示：这8个菌株基因组间差异较大；三个大基因组与五个小基因组间可能存在全面的基因组扩张/收缩；AZ78、HS124和13-6三菌株在系统进化关系上有待商榷。本研究仅仅是对溶杆菌属基因组的初步比较分析，但是为以后对该属细菌的研究提供了数据基础，最重要的是，为以后研究溶杆菌属基因组变化指出了方向。实验室曾构建了玉米B73的BIBAC文库并利用随机挑选的玉米B73BIBAC克隆对水稻进行了农杆菌介导的遗传转化。为快速获得挑选BIBAC克隆的序列信息，我们测定了1152个B73 BIBAC克隆的双末端序列和其中36个克隆的指纹信息，并利用这些末端序列和指纹信息将这些克隆在其参考序列上进行了定位。结果显示；由于大量重复序列的存在，仅有26.6％的克隆可以通过双末端序列锚定到单一位点；利用BIBAC克隆指纹信息，可以将50％到60％的锚定在参考序列多个位点的克隆精确定位。该方法同样可以用于近缘物种基因组之间的比较分析。

目录

声明

摘要

缩略词表

1 文献综述

1．1 比较基因组学

1．1．1 比较基因组学发展历史

1．1．2 比较基因组学应用领域

1．1．3 比较基因组学常用序列比对方法与工具

1．1．4 基因组文库及在比较基因组学上的应用

1．1．5 细菌比较基因组学

2 睾丸酮丛毛单胞菌Comamonas testosteroni基因组序列及比较基因组学分析

2．1 研究背景

2．2 材料和方法

2．2．1 C．testosteroni及相关菌株的基因组分析

2．2．2 全基因组比对

2．2．3 同源聚类分析

2．2．4 菌株全基因组及特有基因COG注释

2．2．5 系统进化分析

2．2．6 十一个C．testosteroni菌株主要生理生化特征分析

2．2．7 基于基因组序列的代谢通路分析

2．2．8 重金属及药物抗性相关基因识别及分析

2．2．9 硝酸还原，睾丸酮降解及芳香族化合物降解相关基因识别及分析

2．2．10 致病因子识别

2．3 结果

2．3．1 基因组测序结果及C．testosteroni菌株的序列特征

2．3．2 C．testosteroni基因组序列同线性

2．3．3 C．testosteroni同源蛋白家族

2．3．4 C．testosteroni泛基因组变化趋势

2．3．5 C．testosteroni全基因组及特有基因COG功能分布

2．3．6 系统发育

2．3．7 基因组与环境因素间关系

2．3．8 C．testosteroni菌株表型与基因型间关联性

2．3．9 C．testosteroni的重要基因型

2．3．10 致病因子

2．4 讨论

3 溶杆菌属基因组比较分析

3．1 研究背景

3．2 材料方法

3．2．1 Lysobacter菌株基因组序列获得与注释

3．2．2 全基因组序列比对

3．2．3 同源蛋白聚类分析

3．2．4 Lysobacter菌株全基因组及特有基因COG注释

3．2．5 系统进化分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 Lysobacter基因组基本信息及注释结果

3．3．2 基因组序列同线性

3．3．3 同源蛋白家族

3．3．4 Lysobacter属各菌株全基因组及特有基因COG注释

3．3．5 系统发育

3．4 总结

4 玉米B73 BIBAC文库克隆末端测序及其在参考序列上定位方法探索

4．1 前言

4．2 材料和方法

4．1．1 文库材料

4．2．2 末端测序

4．2．3 利用末端序列对玉米B73 BIBAC克隆在参考序列上的定位

4．2．4 BIBAC指纹分析

4．2．5 利用指纹图谱信息对定位在多位点的克隆进一步精确定位

4．3 结果

4．3．1 BIBAC末端序列

4．3．2 BIBAC末端序列与B73参考序列比对及定位

4．3．3 利用指纹图谱对BIBAC克隆定位结果进行筛选结果

4．4 讨论

参考文献

附录

作者简介

致谢