多组学分析杀线虫芽孢杆菌与宿主之间的相互作用

发布时间：2020-07-12 19:46

【摘要】：病原微生物-宿主之间的侵染与免疫应答是生物界中最普遍存在的一种互作方式,并且二者受协同进化的驱使,在自然界产生出多样的侵染机制。杀线虫芽孢杆菌B16(Bacillus nematocida B16,以下简称B16)通过分泌具有吸引性的气味分子,引诱线虫将其吞食,从内到外将线虫瓦解,这一重现古希腊神话故事“特洛伊木马”的侵染诡计为本课题组前期研究所报道。但是该病原细菌和宿主线虫互作的相关工作还主要停留在独立实验、零星获得的阶段,许多问题还需要进一步阐明:病原细菌如何合成信号分子?除了以上两种主要毒力因子,还有没有其它毒性基因共同作用?尤其是有没有新的毒力因子存在?线虫面对病原细菌,又通过哪些机制予以抵抗?基于以上背景,我们希望通过综合基因组学、比较基因组学、细菌和线虫互作转录组学、以及功能实验等技术手段,更加全面地分析B16在侵染线虫时如何运用不同的毒力因子完成吸引、定殖、扩增等关键侵染过程;与此同时,宿主线虫又采用哪些共同的、或者特异的防御策略抵抗B16侵染。本研究主要结果如下:1.从基因组数据中找到B16的生长代谢、抗性特征和致病机理符合的基因信息。基因组测序结果显示:基因组中存在248个编码利用糖代谢产物的基因,还有170编码氨基酸代谢的基因和119个与复制和修复相关的基因,这与该菌株能在多种碳、氮源的培养基上快速生长、且具有条件致病性相一致。在与侵染相关基因的分析中发现,B16中452个基因与Virulence factors database(VFDB)中的毒力基因具有同源性,占全基因组基因比例的11.5%。这些基因可能参与侵染过程中的许多环节,例如免疫逃逸、细胞溶血和虫体降解等。此外,B16中还存在199个编码活性次级代谢产物、以及35个编码细菌素、杆菌肽、多重耐药性的基因等。2.通过细菌转录组学分析发现,表达差异的基因有1692个,其中上调的基因有126个。在功能分类上,参与病原细菌致病作用的基因类群包括细胞色素C氧化还原基因、ABC转运系统、编码次生代谢产物的聚酮类化合物生成基因、铁氧化还原蛋白基因和应激抵抗蛋白,这与B16定殖和入侵肠道,抵抗线虫免疫的生存能力息息相关。3.线虫暴露于病原细菌B16侵染后,转录组测序发现,线虫上调基因1090个,2147个下调。聚类分析提示差异基因可以富集在抵抗病原菌这一功能途径上。其中变化数目最多的基因类型包括:C-lectin基因家族,在总免疫基因118个中所占比例为55%,其次是神经肽受体蛋白和含有Prion-like-(Q/N-rich)-domain家族的基因占9%,接下来是编码溶酶体基因所占比例为8%,提示宿主C.elegans不是通过单一类型的免疫基因进行抵抗,而是多种基因家族协同作用。此外,将B16与其它病原细菌侵染线虫后的转录组进行比较,表明针对不同的病原细菌,线虫的免疫反应具有一定的特异性。本项目创新点:1.首次综合多组学分析方法,较全面地阐述了B16在侵染线虫不同阶段所利用的毒力因子,以及宿主线虫的防御基因。2.揭示了在宿主C.elegans抵抗病原细菌B16过程中启动免疫基因的不同类型、不同数量,且这些免疫基因之间可能存在相互作用。
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S476
【图文】：

秀丽隐杆线虫线虫的免疫调节网络图

多组学分析杀线虫芽孢杆菌与宿主之间的相互作用

B16基因功能注释GO功能分类图

多组学分析杀线虫芽孢杆菌与宿主之间的相互作用

B16基因功能注释COG功能分类图

【参考文献】