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模式链霉菌可移动基因组的比较分析

作　者: 邵钰城
导　师: 欧竑宇
学　校: 上海交通大学
专　业: 微生物学
关键词: 模式链霉菌比较基因组学基因组岛 DNA磷硫酰化修饰毒素-抗毒素系统
分类号: Q78
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本研究主要利用比较基因组分析的手段研究通过水平基因转移事件获得的基因组岛对链霉菌基因组结构的影响。选取了亲缘的2个链霉菌模式菌株作为本论文的主要研究对象:天蓝色链霉菌A3(2)和变铅青链霉菌TK24。为解决多个细菌基因组比对在数目、基因组大小和运算时间上的限制,我们开发了基于并行计算的细菌基因组差减杂交模拟工具mGenomeSubtractor,可以快速地识别细菌基因组保守骨架和菌株特异性基因。该工具能够在1~2分钟的时间内完成一个基因组与多达30个预置基因组和10个上传基因组的比对任务。通过天蓝色链霉菌A3(2)和其亲缘的变铅青链霉菌TK24的比较分析,从变铅青链霉菌TK24基因组7,751个编码蛋白的基因中识别出472个菌株特异性基因。连续分布的特异性基因构成大小为597 kb的附属区,包含9个较大的可变区。序列特征表明这些可变区是外源基因组岛。我们用PCR技术考察了8个基因组岛在链霉菌中的分布,发现它们仅存在于变铅青链霉菌中。用相同的方法我们识别出天蓝色链霉菌A3(2)上的14个基因组岛。进而分析所识别基因组岛上重要基因的功能,探讨了dnd基因簇,dnd限制修饰系统,II型毒素-抗毒素系统等新颖的有重要生物学意义的外源基因(簇),为进一步研究这些基因功能和进化过程等提供了新思路。借助生物信息学分析,发现在变铅青链霉菌66中首次报道的dnd基因簇通过水平转移方式以基因组岛的形式广泛存在于分类地位和生态差异很大的细菌和古细菌中。综合分子遗传、生物化学和蛋白功能等多方面实验和生物信息学数据,我们建立了DNA硫修饰数据库dndDB,收录了来自29个物种的32个dnd基因簇,140个dnd基因及蛋白的相关信息。此外,还整合了丰富的相似性搜索、序列比对、进化树分析等工具。有助于了解dnd基因簇的来源与进化和揭示DNA硫修饰的生物学意义。在已识别的链霉菌基因组岛和一些编码DNA硫修饰系统的基因组岛中,常发现携带毒素-抗毒素基因座位。为深入探讨II型毒素-抗毒素系统在链霉菌逆境应答及维持外源基因稳定性等遗传过程所扮演的重要角色,我们建立了细菌和古细菌II型毒素-抗毒素基因座位数据库TADB。目前,通过对260多篇文献的挖掘,该二级生物数据库系统地收录了在一千多个原核生物中所识别的一万多个II型毒素-抗毒素基因座位,并通过比较分析将这些基因分类为14个家族。此外,通过本文对链霉菌模式菌株的研究工作,我们结合分子生物学实验技术和生物信息学方法建立了细菌比较组学分析平台,为本课题组系统研究肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌等重要耐药条件致病菌中的可移动遗传学元件提供了有力支撑。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-26
  1.1 模式链霉菌概述  11-13
    1.1.1 链霉菌属  11
    1.1.2 天蓝色链霉菌  11-12
    1.1.3 变铅青链霉菌  12-13
  1.2 细菌可移动基因组  13-17
    1.2.1 细菌基因组的特点  13-14
    1.2.2 基因组岛简介  14-16
    1.2.3 基因组岛的识别  16-17
  1.3 DNA磷硫酰化修饰系统  17-19
  1.4 毒素-抗毒素系统  19-22
  1.5 比较基因组学  22-24
    1.5.1 测序技术进展与细菌基因组测序现状  22-23
    1.5.2 细菌比较基因组学的应用  23
    1.5.3 生物信息学工具和数据库开发  23-24
  1.6 本研究的主要工作  24-26
第二章模式链霉菌基因组岛识别  26-50
  2.1 引言  26-27
  2.2 材料与方法  27-39
    2.2.1 研究对象  27
    2.2.2 计算机辅助基因组岛识别的方法  27
    2.2.3 细菌基因组差减杂交工具mGenomeSubtractor开发  27-37
    2.2.4 PCR技术考察基因组岛在链霉菌中的分布  37-39
  2.3 结果与讨论  39-48
    2.3.1 变铅青链霉菌基因组岛识别和分析  39-42
    2.3.2 天蓝色链霉菌基因组岛识别和分析  42-43
    2.3.3 重要条件致病菌已知基因池的构建  43-48
  2.4 小结与展望  48-50
第三章 DNA磷硫酰化修饰系统比较分析  50-60
  3.1 引言  50
  3.2 材料与方法  50-52
    3.2.1 dnd基因簇和基因组岛的识别  50-52
    3.2.2 DNA磷硫酰化修饰数据库dndDB开发  52
  3.3 结果与讨论  52-58
    3.3.1 dnd基因簇的广泛存在并位于基因组岛上  52-57
    3.3.2 链霉菌基因组中的dnd基因组岛  57-58
    3.3.3 病原菌中的dnd基因组岛  58
  3.4 小结与展望  58-60
第四章链霉菌毒素-抗毒素系统比较分析  60-74
  4.1 引言  60-61
  4.2 材料与方法  61-67
    4.2.1 数据来源与数据整理  61-62
    4.2.2 Ⅱ型毒素-抗毒素系统数据库TADB开发  62-67
  4.3 结果与讨论  67-73
    4.3.1 毒素-抗毒素系统的广泛分布和家族特征  67-69
    4.3.2 链霉菌基因组中的毒素-抗毒素系统  69-70
    4.3.3 dnd基因组岛编码的毒素-抗毒素系统  70-73
  4.4 小结与展望  73-74
第五章总结  74-76
参考文献  76-82
附录  82-84
致谢  84-85
攻读硕士学位期间发表的论文  85

模式链霉菌可移动基因组的比较分析

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