志贺菌、大肠杆菌和沙门菌CRISPR结构特征生物信息学分析

发布时间：2017-04-13 22:20

  本文关键词：志贺菌、大肠杆菌和沙门菌CRISPR结构特征生物信息学分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：志贺菌、大肠杆菌和沙门菌均是肠道性疾病的病原体,对人类的身体健康产生严重影响,并且对家庭以及社会造成比较严重的经济负担。细菌通过自身基因突变和获得外源性耐药基因产生耐药性,耐药基因的水平转移使得细菌更能产生广泛的耐药性。成簇的规律间隔的短回文重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)是细菌获得性免疫的一个机制,其可以获得外源性基因从而抵抗外来遗传元素。目的提取志贺菌、大肠杆菌和沙门菌数据库中的CRISPR序列,阐述不同种属细菌CRISPR结构特征,描述分布规律,探索spacer序列的形成机制及意义,为进一步研究CRISPR/Cas机制以及特性提供参考。方法1从CRISPRdb获得7株志贺菌、52株大肠杆菌和39株沙门菌的CRISPR相关信息,从Gen Bank中获得107株志贺菌基因组序列;12株实验室保存志贺菌和33个临床分离志贺菌CRISPR的spacer也纳入此次研究。2利用多序列比对分析志贺菌、大肠杆菌和沙门菌CRISPR结构特征,利用Weblogo、RNAfold分析CRISPR中的重复序列,并用DNAMAN构建cas1和cas2基因同源树;利用CRISPRTarget及BLAST对spacer序列进行分析。结果1志贺菌、大肠杆菌及沙门菌存在的CRISPR相似,志贺菌中存在的有CRISPR1/2(CRISPR1、CRISPR2)和CRISPR3;大肠杆菌中不仅有CRISPR1/2和CRISPR3/4(CRISPR3、CRISPR4),还发现有新的CRISPR,命名为CRISPR5/6(CRISPR5、CRISPR6);沙门菌中主要存在的是CRISPR1/2,同样也发现了新的CRISPR(命名为CRISPR5/6)。2对于大肠杆菌和沙门菌,CRISPR1/2的上游侧翼序列序列一致性分别为69.5%(34株)、93.5%(35株),下游为92.3%(32株)、91.4%(32株),在CRISPR1的下游和CRISPR2的上游侧翼序列分为2或3个组,CRISPR3/4和CRISPR5/6有相似的特点。不同位置CRISPR中的unique spacer所占的比例不同,CRISPR1/2和CRISPR5/6在沙门菌分别为33.6%和68.6%,CRISPR1/2、CRISPR3/4和CRISPR5/6在大肠杆菌分别为54.3%、47.4%和68.6%。3分析Gen Bank中志贺菌时发现,某些CRISPR第一个和末端重复序列存在碱基的差异。不同志贺菌中cas基因簇会发生某些cas基因的缺失,在cas基因中也发现IS序列。志贺菌中的cas1和cas2基因均分为两个部分,其序列相似性不低于70%。志贺菌中CRISPR-Q1的spacer数目与CRISPR1/CRISPR2存在正相关。4经过对spacer序列分析,其可分成3个类型,I型spacer匹配的是一个基因片段,可能是编码区、非编码区序列或是编码区与非编码区序列的结合;II型spacer可能匹配2个或多个基因片段,其可能是多个基因片段的拼接融合;III型是未定的。经过对spacer匹配基因编码产物分析,其包含有多种类型,有的是Cas蛋白,有的与细菌自身的生存有关,有的与本身结构相关,有的是功能性蛋白。结论1.志贺菌、大肠杆菌和沙门菌中均存在CRISPR。2.志贺菌、大肠杆菌和沙门菌不同位置CRISPR的侧翼序列序列一致性不同。3.志贺菌不同CRISPR重复序列的保守性不同,cas基因簇的cas基因经常会发生变化。4.Spacer序列存在多种形成机制,其匹配基因编码产物丰富,包含多种类型。
【关键词】：志贺菌大肠杆菌沙门菌 CRISPR 间隔序列
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R378
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 英文缩略词13-14
• 1 引言14-16
• 2 材料和方法16-21
• 2.1 实验材料16-17
• 2.1.1 数据来源和菌种信息16
• 2.1.2 采用的本地软件及网络服务器16-17
• 2.1.3 主要试剂和仪器17
• 2.2 实验方法17-20
• 2.2.1 CRISPR侧翼序列选取与分析17
• 2.2.2 志贺菌CRISPR的识别与分析17-18
• 2.2.3 Cas基因识别及cas1，，cas2 基因同源树的构建18
• 2.2.4 Spacer序列分析18
• 2.2.5 志贺菌CRISPR引物设计18-19
• 2.2.6 志贺菌CRISPR扩增体系、PCR反应及检测19
• 2.2.7 统计分析19-20
• 2.3 技术路线图20-21
• 3 结果21-44
• 3.1 志贺菌、大肠杆菌和沙门菌中CRISPR的分布21-24
• 3.1.1 CRISPRdb数据库中志贺菌、大肠杆菌和沙门菌确定CRISPR的分布情况21-22
• 3.1.2 Gen Bank 数据库中志贺菌 CRISPR 的分布情况22-24
• 3.2 志贺菌、大肠杆菌和沙门菌中CRISPR的结构特征24-35
• 3.2.1 CRISPRdb数据库中志贺菌、大肠杆菌和沙门菌确定CRISPR侧翼序列的多序列比对24-28
• 3.2.2 志贺菌、大肠杆菌和沙门菌CRISPR中spacer的特征28-30
• 3.2.3 GenBank数据库志贺菌CRISPR的重复序列的特征30-32
• 3.2.4 GenBank数据库志贺菌中cas1 和cas2 基因的同源树32-33
• 3.2.5 GenBank数据库志贺菌CRISPR1/CRISPR2 与CRISPR-Q1 中spacer数目的关系33-35
• 3.3 Spacer的形成方式及匹配基因编码产物特点35-44
• 3.3.1 Spacer与proto-spacer之间的碱基差异性分析35-38
• 3.3.2 I型和II型spacer的形成方式38-40
• 3.3.3 Spacer匹配基因编码产物特点40-44
• 4 讨论44-51
• 4.1 志贺菌、大肠杆菌和沙门菌中CRISPR的分布44-45
• 4.2 志贺菌、大肠杆菌和沙门菌中CRISPR的结构特征45-48
• 4.2.1 志贺菌、大肠杆菌和沙门菌CRISPR的侧翼序列与重复序列特点及spacer特点45-46
• 4.2.2 志贺菌CRISPR的结构特征46-48
• 4.3 Spacer形成方式的探索及匹配基因编码产物特点48-50
• 4.4 创新性及局限性50-51
• 5 结论51-52
• 参考文献52-55
• 综述55-66
• 1 CRISPR系统结构56-57
• 1.1 CRISPR结构的基本特征56
• 1.2 动态性的CRISPR56-57
• 1.3 CRISPR结构中重复序列和间隔序列的特点57
• 2 CRISPR的生物信息学57-60
• 2.1 CRISPR信息的获取途径57-58
• 2.2 CRISPR间隔序列的相似性分析58
• 2.3 CRISPR结构的多序列比对以及系统分析58-59
• 2.4 CRISPR结构序列保守性分析二级结构预测59
• 2.5 CRISPR/Cas结构的综合分析59-60
• 3 大肠杆菌存在的CRISPR系统的分析60-61
• 4 CRISPR与耐药和毒力之间的联系61
• 5 总结与展望61-63
• 参考文献63-66
• 附录66-83
• 个人简历83-85
• 致谢85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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  本文关键词：志贺菌、大肠杆菌和沙门菌CRISPR结构特征生物信息学分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：304619