模式鏈霉菌可移動基因組的比較分析.pdf

1、本研究主要利用比較基因組分析的手段研究通過水平基因轉移事件獲得的基因組島對鏈霉菌基因組結構的影響。選取了親緣的2個鏈霉菌模式菌株作為本論文的主要研究對象: 天藍色鏈霉菌A3(2)和變鉛青鏈霉菌TK24。為解決多個細菌基因組比對在數目、基因組大小和運算時間上的限制，我們開發(fā)了基于并行計算的細菌基因組差減雜交模擬工具mGenomeSubtractor，可以快速地識別細菌基因組保守骨架和菌株特異性基因。該工具能夠在1~2分鐘的時間內完成一個基

2、因組與多達30個預置基因組和10個上傳基因組的比對任務。通過天藍色鏈霉菌A3(2) 和其親緣的變鉛青鏈霉菌TK24的比較分析，從變鉛青鏈霉菌TK24基因組7,751個編碼蛋白的基因中識別出472個菌株特異性基因。連續(xù)分布的特異性基因構成大小為597 kb的附屬區(qū)，包含9個較大的可變區(qū)。序列特征表明這些可變區(qū)是外源基因組島。我們用PCR技術考察了8個基因組島在鏈霉菌中的分布，發(fā)現它們僅存在于變鉛青鏈霉菌中。用相同的方法我們識別出天藍色鏈霉

3、菌A3(2)上的14個基因組島。進而分析所識別基因組島上重要基因的功能，探討了dnd基因簇，dnd限制修飾系統(tǒng)，II型毒素-抗毒素系統(tǒng)等新穎的有重要生物學意義的外源基因(簇)，為進一步研究這些基因功能和進化過程等提供了新思路。借助生物信息學分析，發(fā)現在變鉛青鏈霉菌66中首次報道的dnd基因簇通過水平轉移方式以基因組島的形式廣泛存在于分類地位和生態(tài)差異很大的細菌和古細菌中。綜合分子遺傳、生物化學和蛋白功能等多方面實驗和生物信息學數據，我們

4、建立了DNA 硫修飾數據庫dndDB，收錄了來自29個物種的32個dnd基因簇，140個dnd基因及蛋白的相關信息。此外，還整合了豐富的相似性搜索、序列比對、進化樹分析等工具。有助于了解dnd基因簇的來源與進化和揭示DNA硫修飾的生物學意義。
　　 在已識別的鏈霉菌基因組島和一些編碼DNA修飾系統(tǒng)的基因組島中，常發(fā)現攜帶毒素-抗毒素基因座位。為深入探討II型毒素-抗毒素系統(tǒng)在鏈霉菌逆境應答及維持外源基因穩(wěn)定性等遺傳過程所扮演的重

5、要角色，我們建立了細菌和古細菌II型毒素-抗毒素基因座位數據庫TADB。目前，通過對260多篇文獻的挖掘，該二級生物數據庫系統(tǒng)地收錄了在一千多個原核生物中所識別的一萬多個II型毒素-抗毒素基因座位，并通過比較分析將這些基因分類為14個家族。此外，通過本文對鏈霉菌模式菌株的研究工作，我們結合分子生物學實驗技術和生物信息學方法建立了細菌比較組學分析平臺，為本課題組系統(tǒng)研究肺炎克雷伯菌和銅綠假單胞菌等重要耐藥條件致病菌中的可移動遺傳學元件提供