睾丸酮丛毛单胞菌和溶杆菌的比较基因组学研究及玉米BIBAC克隆的参考序列定位

发布时间：2017-05-12 09:25

  本文关键词：睾丸酮丛毛单胞菌和溶杆菌的比较基因组学研究及玉米BIBAC克隆的参考序列定位，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：比较基因组学是一种对完整或局部基因组的DNA序列、基因、基因的排列、调控序列以及其它基因组结构特征比较分析的生物学研究方法和领域。现在,比较基因组学已经成为研究生物的系统进化与变异、基因功能预测、甚至基因组序列拼装等领域的强大工具,同时也广泛应用于农业及医学研究领域。本论文对睾丸酮丛毛单胞菌及溶杆菌的基因组进行了比较研究,同时对玉米BIBAC(Binary Bacterial Artificial Chromosome)克隆在其参考序列上定位的方法进行了探索。睾丸酮丛毛单胞菌是一种常发现于污染环境样本的环境微生物。该菌种可以分解利用类固醇和多种芳香族化合物却基本不能利用糖类。此外,该菌种还显示出对多种重金属和药物的抗性。然而,目前几乎没有针对睾丸酮丛毛单胞菌的比较基因组学研究。为了解睾丸酮丛毛单胞菌不同菌株基因组间的异同以及该物种主要生理性状的遗传基础,我们对该细菌十个菌株的基因组进行了测序,并与之前发表的该细菌的四个菌株的基因组序列一同进行了比较分析。结果显示:1)睾丸酮丛毛单胞菌菌株的基因组大小在5.1到6.0 Mb之间,GC含量在61.1%到61.8%之间,该菌种泛基因组包含10,165个基因家族,核心基因组包含3,599个基因家族。Heap’s law分析结果显示,睾丸酮丛毛单胞菌的泛基因组可能为开放式(α=0.639);2)我们实验室收集的11个睾丸酮丛毛单胞菌株的31项重要表型中有99.4%与其对应基因型一致。说明该菌种表型与基因型是高度对应的;3)在该物种基因组中存在与硝酸亚硝酸还原,类固醇降解,以及重金属和药物抗性相关的基因簇,并且这些基因簇在不同基因组间非常保守。这些基因簇可以用于对该菌的分子鉴定和MLST(Multi Locus Sequence Typing);4)该菌不同菌株间的基因组相似度和核苷酸多态性可能与地理距离和环境重金属含量相关。本研究为未来对该物种进一步研究提供了新的基因组资源。重要的是,这项工作专注于研究该细菌典型特征的潜在遗传决定因素,并发现它们是高度对应的。溶杆菌是一种可以分泌胞外酶裂解其它微生物细胞的细菌。我们过去对溶杆菌的四个菌株进行了基因组测序和基因组比较分析。为进一步研究溶杆菌属不同菌种间的基因组差异,本研究将这四个基因组与NCBI上新公布的四个基因组一同进行了比较基因组学分析。结果显示:1)这8个菌株基因组间差异较大;2)三个大基因组与五个小基因组间可能存在全面的基因组扩张/收缩;3)AZ78、HS124和13-6三菌株在系统进化关系上有待商榷。本研究仅仅是对溶杆菌属基因组的初步比较分析,但是为以后对该属细菌的研究提供了数据基础,最重要的是,为以后研究溶杆菌属基因组变化指出了方向。我们实验室曾构建了玉米B73的BIBAC文库并利用随机挑选的玉米B73BIBAC克隆对水稻进行了农杆菌介导的遗传转化。为快速获得挑选BIBAC克隆的序列信息,我们测定了1152个B73 BIBAC克隆的双末端序列和其中36个克隆的指纹信息,并利用这些末端序列和指纹信息将这些克隆在其参考序列上进行了定位。结果显示:1)由于大量重复序列的存在,仅有26.6%的克隆可以通过双末端序列锚定到单一位点;2)利用BIBAC克隆指纹信息,可以将50%到60%的锚定在参考序列多个位点的克隆精确定位。该方法同样可以用于近缘物种基因组之间的比较分析。
【关键词】：基因组 比较基因组学 玉米B73 BAC文库 睾丸酮丛毛单胞菌 溶杆菌
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q933;Q943.2
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 缩略词表11-12
• 1 文献综述12-23
• 1.1 比较基因组学12-23
• 1.1.1 比较基因组学发展历史12-14
• 1.1.2 比较基因组学应用领域14-18
• 1.1.2.1 进化与系统发育分析14-16
• 1.1.2.2 基因组注释16
• 1.1.2.3 基因组序列拼装16-17
• 1.1.2.4 农业生产17
• 1.1.2.5 医药卫生17-18
• 1.1.3 比较基因组学常用序列比对方法与工具18-19
• 1.1.3.1 ClustalW18
• 1.1.3.2 Blast18
• 1.1.3.3 Blat18-19
• 1.1.3.4 MUMmer19
• 1.1.3.5 SyMAP19
• 1.1.4 基因组文库及在比较基因组学上的应用19-21
• 1.1.5 细菌比较基因组学21-23
• 1.1.5.1 基因水平转移与细菌比较基因组学21
• 1.1.5.2 细菌泛基因组与核心基因组21-23
• 2 睾丸酮丛毛单胞菌Comamonas testosteroni基因组序列及比较基因组学分析23-58
• 2.1 研究背景23-25
• 2.2 材料和方法25-31
• 2.2.1 C. testosteroni及相关菌株的基因组分析25-27
• 2.2.2 全基因组比对27-28
• 2.2.3 同源聚类分析28
• 2.2.4 菌株全基因组及特有基因COG注释28
• 2.2.5 系统进化分析28-29
• 2.2.6 十一个C. testosteroni菌株主要生理生化特征分析29
• 2.2.7 基于基因组序列的代谢通路分析29-30
• 2.2.8 重金属及药物抗性相关基因识别及分析30
• 2.2.9 硝酸还原，睾丸酮降解及芳香族化合物降解相关基因识别及分析30-31
• 2.2.10 致病因子识别31
• 2.3 结果31-54
• 2.3.1 基因组测序结果及C. testosteroni菌株的序列特征31-33
• 2.3.2 C. testosteroni基因组序列同线性33-34
• 2.3.3 C. testosteroni同源蛋白家族34-35
• 2.3.4 C. testosteroni泛基因组变化趋势35-36
• 2.3.5 C. testosteroni全基因组及特有基因COG功能分布36-38
• 2.3.6 系统发育38-40
• 2.3.7 基因组与环境因素间关系40-43
• 2.3.8 C. testosteroni菌株表型与基因型间关联性43-44
• 2.3.9 C. testosteroni的重要基因型44-53
• 2.3.9.1 在C. testosteroni菌株以及其他Comamonadacea科菌株基因组中发现高度保守的硝酸/亚硝酸还原基因簇44-45
• 2.3.9.2 在C. testosteroni基因组中己糖磷酸化关键基因缺失45-47
• 2.3.9.3 C. testosteroni的类固醇及芳香族化合物利用的分子基础47-49
• 2.3.9.4 药物及重金属抗性相关基因49-53
• 2.3.9.5 C. testosteroni重点基因型与核心基因组的进化关系53
• 2.3.10 致病因子53-54
• 2.4 讨论54-58
• 3 溶杆菌属基因组比较分析58-67
• 3.1 研究背景58-59
• 3.2 材料方法59-60
• 3.2.1 Lysobacter菌株基因组序列获得与注释59
• 3.2.2 全基因组序列比对59
• 3.2.3 同源蛋白聚类分析59-60
• 3.2.4 Lysobacter菌株全基因组及特有基因COG注释60
• 3.2.5 系统进化分析60
• 3.3 结果与讨论60-66
• 3.3.1 Lysobacter基因组基本信息及注释结果60-61
• 3.3.2 基因组序列同线性61
• 3.3.3 同源蛋白家族61-63
• 3.3.4 Lysobacter属各菌株全基因组及特有基因COG注释63-65
• 3.3.5 系统发育65-66
• 3.4 总结66-67
• 4 玉米B73 BIBAC文库克隆末端测序及其在参考序列上定位方法探索67-76
• 4.1 前言67-68
• 4.2 材料和方法68-70
• 4.2.1 文库材料68
• 4.2.2 末端测序68
• 4.2.3 利用末端序列对玉米B73 BIBAC克隆在参考序列上的定位68-69
• 4.2.4 BIBAC指纹分析69
• 4.2.5 利用指纹图谱信息对定位在多位点的克隆进一步精确定位69-70
• 4.3 结果70-74
• 4.3.1 BIBAC末端序列70-72
• 4.3.2 BIBAC末端序列与B73 参考序列比对及定位72-73
• 4.3.3 利用指纹图谱对BIBAC克隆定位结果进行筛选结果73-74
• 4.4 讨论74-76
• 参考文献76-90
• 附录90-103
• 作者简介103-104
• 致谢104-105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 郑拥民,王省芬,张桂寅,李喜焕,马峙英;高产优质抗病棉花品种中棉所12号细菌人工染色体(BAC)文库构建[J];河北农业大学学报;2004年03期

2 周焘;郭红媛;张锐;梁成真;石雅丽;郭三堆;;陆地棉雄性不育恢复系18R的BAC文库构建[J];棉花学报;2009年03期

  本文关键词：睾丸酮丛毛单胞菌和溶杆菌的比较基因组学研究及玉米BIBAC克隆的参考序列定位，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：359421