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脑膜炎大肠杆菌CE10的基因组学研究

作　者: 路淑婷
导　师: 杨剑
学　校: 北京协和医学院
专　业: 微生物学
关键词: 脑膜炎大肠杆菌比较基因组学分子进化 Ⅲ型分泌系统
分类号: R378
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

大肠埃希菌(Escherichia coli, E.coli),俗称为大肠杆菌,是微生物学研究的重要模式生物之一,也是研究细菌基因组进化的理想模型。致病性大肠杆菌主要引起宿主胃肠炎、泌尿道感染、新生儿脑膜炎(Neonatal Meningitis)等疾病。大肠杆菌CE10是一株分离自新生儿脑膜炎患儿脑脊液的致病性大肠杆菌,血清型为07:K1,种系发生分组属D组。前期研究表明,CE10是唯一己知携带有完整Ⅲ型分泌系统的脑膜炎大肠杆菌。本研究采用Roche/454测序技术结合传统的Sanger测序方法,在国际上率先完成了CE10株的全基因组精确图绘制,并开展了比较基因组学研究和进化分析。CE10的基因组由一个约5.3Mbp的环形染色体和4个质粒构成。其染色体GC含量50.6%,编码5009个蛋白、91个tRNA和7个rRNA操纵子。比较基因组研究显示,CE10的染色体和另一株属于B2组的Kl脑膜炎大肠杆菌S88株具有约4.1Mb的共同骨架,并且基本保持线性。但是基于全基因组的进化分析显示CE10株与一株尿道致病性大肠杆菌IAI39株非常接近。然而CE10的染色体和IAI39相比却存在着明显的大片段移位和倒置。由此我们推测,CE10和IAI39可能是近期才由共同祖先进化而来的,但是后来针对脑脊液和泌尿道不同环境的适应性进化导致了它们的基因组骨架发生了显著变化。同时,我们全面分析了CE10基因组编码的潜在毒力因子,并发现了两个与Ⅲ型分泌系统相关的毒力岛,ETT2和ETT2*。ETT2表达组成Ⅲ型分泌系统针状复合物的结构蛋白,ETT2*表达Ⅲ型分泌系统的转运蛋白和分子伴侣。同时识别了一批潜在的Ⅲ型分泌系统的效应蛋白,从而为进一步的功能研究提供了线索。

全文目录

目录  3-5
中文摘要  5-6
英文摘要  6-7
1. 脑膜炎大肠杆菌CE10的基因组学研究  7-33
  1.1 材料与方法  7-12
    1.1.1 菌株和核酸提取  7
    1.1.2 高通量测序  7
    1.1.3 序列拼接  7-8
    1.1.4 序列缺口填补  8-10
    1.1.5 序列验证  10
    1.1.6 基因组注释  10-11
    1.1.7 提交NCBI  11-12
    1.1.8 基因组学分析  12
    1.1.9 比较基因组学和进化分析  12
    1.1.10 CE10基因组中的潜在毒力因子分析  12
  1.2 结果与讨论  12-33
    1.2.1 基因组学分析  12-21
    1.2.2 比较基因组学和进化分析  21-25
    1.2.3 CE10基因组中的潜在毒力因子分析  25-33
2. 文献综述  33-54
  2.1 基因组学  33-34
  2.2 微生物基因组学及微生物基因组计划  34-36
  2.3 生物信息学  36-38
    2.3.1 序列分析  37
    2.3.2 基因组注释  37-38
    2.3.3 计算进化生物学  38
    2.3.4 比较基因组学  38
  2.4 几个基因组学的基本概念  38-42
    2.4.1 一致性、相似性和同源性  38-40
    2.4.2 趋同进化和趋异进化  40
    2.4.3 直系同源和旁系同源  40-41
    2.4.4 横向基因转移  41-42
    2.4.5 基因组岛和毒力岛  42
  2.5 基因组学研究的常用生物信息学软件  42-49
    2.5.1 序列拼接软件  42-44
    2.5.2 基因预测软件  44-47
    2.5.3 序列比对软件  47-49
  2.6 大肠杆菌概况  49-50
  2.7 新生儿脑膜炎大肠杆菌K1株基因组研究现状  50
  2.8 Ⅲ型分泌系统  50-54
    2.8.1 Ⅲ型分泌系统结构  51-52
    2.8.2 Ⅲ型分泌系统蛋白  52
    2.8.3 Ⅲ型分泌系统介导感染  52-53
    2.8.4 Ⅲ型分泌系统研究中的困境  53-54
参考文献  54-60
发表文章  60-61
致谢  61-62

脑膜炎大肠杆菌CE10的基因组学研究

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