固氮类芽胞杆菌的分离鉴定及比较基因组学研究

发布时间：2017-12-02 05:25

  本文关键词：固氮类芽胞杆菌的分离鉴定及比较基因组学研究

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【摘要】：类芽胞杆菌是一类革兰氏阳性、兼性厌氧、产芽孢的细菌,本属成员分布广泛,具有非常高的遗传多样性与表型多样性。虽然有些菌株可以固氮,有较强的抗逆能力,有很大的农业应用前景,但是目前对他们的基因组学研究和固氮基因的遗传和进化研究非常的有限。 为获得固氮酶活高的优良菌株,从北京、河北、甘肃、山东、云南等各地土壤样品中分离筛选了多株固氮类芽胞杆菌。菌株gs6516S rRNA基因与标准菌株Paenibacillus borealis DSM13188T, Paenibacillus odorifer ATCC BAA-93T, Paenibacillus durus DSM1735T和Paenibacillus sophorae DSM230201同源性分别为97.5%,97.3%,97.0%,96.9%,与该属其他菌株同源性都低于97%。DNA-DNA杂交结果表明该菌株与标准菌株同源性都低于40%,脂肪酸组成、生理生化等研究表明gs65是类芽胞杆菌的新种,命名为Paenibacillus taohuashanense sp. nov.,标准菌株定为gs65T (=CGMCC1.12175T=DSM25809T)。 为研究固氮类芽胞杆菌固氮基因的起源和进化,我们对31株细菌(15株固氮菌,16株非固氮菌)进行了比较基因组学研究,结果表明附属基因组占到了整个泛基因组的65.2%,同时还发现该属细菌基因组中有大量的噬菌体片段、转座组件等流动性组件,表明类芽胞杆菌基因组高度杂合,说明类芽胞杆菌对环境有极强的适应能力。对固氮基因的研究表明该属15株固氮菌都有一个保守的固氮基因簇nifBHDKENXhesAnifV,该固氮基因簇的转录受670启动子控制,并且在启动子区域存在GlnR/TnrA结合位点。进一步研究表明这个保守的固氮基因簇可以使大肠杆菌菌株JM109获得固氮能力。NifHDK的贝叶斯进化树表明类芽胞杆菌属的固氮基因与弗兰克氏菌有一个最近的共同的祖先。最后我们通过439个核心基因构建了高可信度的物种树。固氮菌株与非固氮菌株的核心基因组比较结果表明固氮菌株特有基因只有九个固氮基因。 通过对类芽胞杆菌属的31株细菌比较基因组学研究,结果表明类芽胞杆菌属的祖先是没有固氮能力的,固氮基因簇是一个完整的功能单元,通过水平基因转移获得的,来源是弗兰克氏杆菌的近缘物种。在之后的进化过程中,固氮基因簇发生了丢失,产生了一些非固氮类芽胞杆菌,同时铁铁固氮酶基因与钒铁固氮酶基因的获得使某些菌株进一步发生了分化。固氮类芽胞杆菌基因组内其他拷贝的固氮基因或者类固氮基因可能来源于基因的复制。类芽胞杆菌属固氮进化历程中同时存在着基因水平转移、固氮基因复制、固氮基因丢失与获得现象。本研究支持了固氮基因的古菌起源假说,而且首次描述了固氮基因在固氮类芽胞杆菌中的起源和复杂的进化历程。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q939.113

【参考文献】

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本文编号：1243808