全基因组测序揭示两株泡菜源植物乳杆菌基因型差异和潜在益生特性北大核心

【目的】为了探究植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)基因型差异和潜在益生特性,采用全基因组测序技术对其进行测序并解析基因组序列及生物特性。【方法】本研究基于HiSeq和PacBio测序平台,对团队前期从四川多代泡菜中分离获得、体外益生特性评价良好的潜在益生菌菌株L.plantarum Eden-Star PC06和L.plantarum Eden-Star PC108的全基因组进行测序。利用相关生物信息学软件对原始数据进行组装及其后续的功能注释、分子进化、菌株安全性、次级代谢产物合成基因簇以及益生特性相关基因进行分析。【结果】通过基因组装得到了2株植物乳杆菌的全基因组信息,L.plantarum Eden-Star PC06和Eden-Star PC108基因组大小分别为3163902 bp和3205054 bp;GC含量分别为44.68%和44.67%;分别包含3161个和3197个DNA编码序列;功能基因数据库比对结果显示2株菌在碳水化合物利用、氨基酸利用和糖基转移酶等基因上得到大量注释;通过比对数据库,在2株植物乳杆菌全基因组上发现了4个与肠液耐受相关的胆盐水解酶基因、完整的植物乳杆菌细菌素合成相关基因簇和抵御多种胁迫的益生相关基因。【结论】本研究通过全基因组测序在基因水平上探究了L.plantarum Eden-Star PC06和Eden-Star PC108基因型差异和益生特性基因,证明L.plantarum Eden-Star PC06和Eden-Star PC108是2株有应用前景的益生菌菌株,以期为筛选优良益生菌菌株和评价其益生特性提供遗传学基础。     

不同来源植物乳杆菌基因组结构和功能差异的比较研究

[目的] 本试验研究不同来源植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）基因特点以及在不同环境下其基因多样性,探究2株L.plantarum A8和P9在肠道生境及植物表面适应性的异同,为优良菌株的开发提供理论基础。[方法] 本研究对从动物肠道和植物表面分离获得的L.plantarum A8和L.plantarum P9的基因组进行分析,利用第二代测序技术（NextGeneration Sequencing,NGS）,基于Illumina NovaSeq测序平台,同时利用第三代单分子测序技术,基于PacBio Sequel测序平台,对L.plantarum A8和L.plantarum P9进行测序。采用Carbohydrate-active enzymes（CAZy）、Koyto encyclopedia of genes and genomes（KEGG）和Clusters of orthologous genes（COG）数据库对基因组进行功能注释;采用CGView软件绘制菌株的基因组环形图谱。应用比较基因组学与已经公开发表的其他L.plantarum基因组进行比较分析。[结果] 由研究可知L.plantarum A8和L.plantarum P9基因组大小存在差异,通过构建系统发育树发现2株菌与其他来源的L.plantarum分在同一分支,并且L.plantarum P9与母乳来源的L.plantarum WLPL04菌株距离最近,而L.plantarum A8与L.paraplantarum DSM10667距离最近。通过基因家族分析可知,2株菌共有基因为2643个,其中包括一些抗应激蛋白如热休克蛋白、冷休克蛋白。L.plantarum A8和P9独特基因分别为321和336个,L.plantarum A8中独特基因主要参与DNA复制、ABC转运系统（ABC transfer system）、PTS系统（phosphotransferase system）、磺酸盐转运系统、氨基酸生物合成等代谢通路;L.plantarum P9的独特基因以参与碳水化合物的运输和代谢基因居多,例如rpiA基因、lacZ基因、FruA基因等。[结论] 通过比较基因组学方法解析L.plantarum的基因组信息,发现动物肠道来源的L.plantarum具有较好的氨基酸转运能力,植物表面附着的L.plantarum菌株具有较好碳水化合物利用能力,从而为益生菌的开发与利用提供理论依据。     

副干酪乳杆菌PC-01全基因组测序及不同副干酪乳杆菌菌株比较基因组学分析

【背景】副干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)作为乳酸菌中重要菌种之一,常被认为是优良益生菌开发的潜在资源。【目的】以L.paracasei PC-01和L.paracasei Zhang为例,分析不同L.paracasei的基因组差异和遗传背景,为菌株的鉴定和开发奠定基础。【方法】采用PacBioSMRT三代测序技术对L.paracasei PC-01进行全基因组测序,结合2株L.paracasei模式菌株和公开的36株全基因组数据,通过比较基因组学方法揭示39株L.paracasei菌株之间的差异。【结果】L.paracasei PC-01基因组不包含质粒,染色体大小为2 829 251 bp,GC含量为46.64%;L.paracasei Zhang包含一个质粒基因组大小为2 898 456 bp,GC含量为46.51%;不同L.paracasei菌株基因组大小、质粒数及GC含量均存在一定差异。L.paracasei群体为开放式基因组,基因组具有高度多样性。基于核心基因构建系统发育树对于L.paracasei种内区分效果最好,L.paracasei PC-01和L.paracasei Zhang处于不同的进化分支。约占L.paracasei PC-01基因组长度91%的片段与L.paracasei Zhang基因组匹配率大于90%,L.paracasei PC-01注释到10个与转录调节鼠李糖代谢功能相关的特有基因,如agu A、clp B等;L.paracasei Zhang包含msh A、ltr A等特有基因,与糖基转移等功能相关。【结论】通过比较基因组学揭示L.paracasei PC-01和L.paracasei Zhang的遗传信息,解析了不同L.paracasei菌株之间的差异,为L.paracasei的鉴定和应用奠定了遗传学基础。     

不同分离源植物乳杆菌的群体基因组分析

【背景】植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)广泛存在于植物、乳制品、肉制品、哺乳动物和昆虫的肠道等多种生态环境中。【目的】探究不同分离源L. plantarum基因组与其所在环境是否存在潜在的联系。【方法】利用比较基因组学对126株分离自植物、乳制品、肉制品、果蝇及哺乳动物肠道和口腔等部位的L. plantarum菌株基因组进行系统发育分析和功能基因组分析,解析不同分离源菌株间的亲缘关系和进化历程。【结果】果蝇分离株的基因组大小显著高于植物、哺乳动物肠道、肉制品和乳制品分离株(P0.05),植物和哺乳动物肠道、口腔等部位与肉制品分离株的基因组大小和编码基因数量无显著差异(P0.05)。基于单拷贝基因串联和核心基因系统发育树分析均发现,果蝇分离株和乳制品分离株分别集中聚集分布在某一分支中,其余分离源均匀分布在各个分支中。附属基因分析结果与系统发育树分析结果一致。功能基因注释结果发现,果蝇分离株的环境特异性基因参与低聚果糖和几丁质代谢,乳制品分离株的环境特异性基因参与mazEF毒素-抗毒素系统和CRISPR系统。【结论】植物乳杆菌分离株为适应较为独特的果蝇和乳制品生境而发生了适应性进化。本研究为植物乳杆菌适应性进化提供了新见解,同时为解析菌株的进化历程提供了理论基础。     

肌苷生产菌枯草芽孢杆菌ATCC 13952的全基因组测序及序列分析

摘要:【目的】枯草芽孢杆菌ATCC 13952是一株肌苷工业生产菌株。为深入研究ATCC 13952菌株积累肌苷的分子机制以及为进一步分子育种研究提供序列背景信息,有必要解析ATCC 13952菌株的基因组序列信息。【方法】本研究采用高通量测序和Sanger测序相结合对ATCC 13952菌株进行全基因组测序,然后使用相关软件对测序数据进行基因组组装、基因预测与功能注释、GO/COG 聚类分析、共线性分析等。【结果】枯草芽孢杆菌ATCC 13952整个基因组大小为3876276 bp,GC含量为45.8%,序列已提交至GenBank 数据库,登录号为CP009748。比较基因组及嘌呤代谢相关基因分析结果显示:枯草芽孢杆菌ATCC 13952与其他几株芽孢杆菌具有较好的基因组共线性关系,嘌呤代谢相关基因编码的蛋白与标准菌株比较发生了一些缺失和突变。【结论】本研究首次报道了一株肌苷生产菌枯草芽孢杆菌ATCC 13952的全基因组序列,分析了基因组基本特征,初步探讨了该菌株积累肌苷的分子机制,为后续的进一步分子育种提供了理论基础。     

短杆菌属海洋环境适应机制的泛基因组学

[目的]为了探究短杆菌属对海洋环境的适应机制.[方法]本研究通过对6株分离自不同洋区、属于不同分类单元的短杆菌菌株进行测序、拼接和注释,结合23株从美国国家生物技术信息中心(NCBI)下载的短杆菌属模式菌株及非模式菌株的基因组数据,进行泛基因组学分析和物种进化分析.[结果]泛基因组学分析表明短杆菌属具有开放型泛基因组,...     

聚苹果酸生产菌出芽短梗霉CCTCC M2012223的全基因组测序及序列分析

【目的】解析出芽短梗霉CCTCC M2012223的基因组序列信息,分析其代谢产物聚苹果酸、黑色素、普鲁兰多糖合成相关基因,为深入研究遗传多样性和代谢工程改造提供序列背景信息。【方法】使用Illumina Hi Seq高通量测序平台对出芽短梗霉CCTCC M2012223菌株进行全基因组测序,并对测序数据进行序列拼接,基因预测与功能注释,COG/GO聚类分析,比较基因组学分析等。下载其他5株出芽短梗霉基因组序列,比较分析6株菌的种内同源基因、全基因组进化以及代谢产物合成相关基因。【结果】出芽短梗霉CCTCC M2012223基因组序列全长30756831 bp,GC含量47.49%,编码9452个基因。比较基因组分析表明出芽短梗霉CCTCC M2012223的基因组组装长度最长,6株菌的同源基因数达到7092个,普鲁兰多糖和聚苹果酸合成相关基因的蛋白序列有很高的保守性。出芽短梗霉CCTCC M2012223和Aureobasidium pullulans var.melanogenum亲缘关系最近,而这2株菌的黑色素合成相关基因的蛋白序列有一些插入和突变。【结论】本研究解析了出芽短梗霉CCTCC M2012223的基因组序列信息,获得黑色素、普鲁兰多糖和聚苹果酸合成相关基因,为后续的代谢机制解析和改造提供相关依据。     

鹅源新城疫病毒ZJI株基因组cDNA克隆的序列修饰

将鹅源新城疫病毒ZJI株全基因组cDNA克隆通过酶切切下包含T7启动子区域和转录载体的片段,将其自身环化后获得约6．5kb的质粒。设计引物,利用基因定点突变技术,在此质粒上T7启动子与NDV Leader序列之间突变插入额外的3个G碱基,将此突变最终引入到原基因组cDNA克隆中。应用RT—PCR技术从尿囊液中扩增NDV基因组F／HN基因区域部分片段,利用限制性内切酶BsmBI将扩增片段连接,最终将原cDNA克隆中相应片段替换下。测序结果表明,原基因组cDNA克隆中特定位置碱基插入突变成功,F／HN基因区域碱基突变均得以纠正。以上cDNA克隆的修饰与替换为该毒株的反向遗传研究打下了基础。     

食线虫真菌洛斯里被毛孢线粒体基因组的再分析

【目的】鉴定洛斯里被毛孢OWVT-1菌株的线粒体基因组,验证公布的USA-87-5菌株线粒体基因组中的错误,对洛斯里被毛孢正确的线粒体基因组序列进行注释并开展不同被毛孢物种间的比较线粒体基因组学分析。【方法】借助DNA高通量测序数据并通过必要的Sanger测序组装OWVT-1的线粒体基因组。通过PCR验证OWVT-1与公布的USA-87-5线粒体基因组序列差异的真实性。利用多种生物信息方法分析和注释洛斯里被毛孢的线粒体基因组。【结果】公布的洛斯里被毛孢USA-87-5菌株的线粒体基因组存在几处序列错误,包括3处长片段的插入缺失和多处短片段的插入缺失。实际上,洛斯里被毛孢USA-87-5与OWVT-1菌株的线粒体基因组序列完全相同。该菌的线粒体基因组全长62949 bp,在7个基因中共插入13个内含子,部分内含子和基因间区显现出序列退化的特征。洛斯里被毛孢、明尼苏达被毛孢、线虫被毛孢的线粒体基因组具有较强的共线性关系。除一些独立的ORF外,核心蛋白编码基因、rRNA基因和tRNA基因的排列顺序非常保守。基因间区的长短是影响3种被毛孢线粒体基因组大小最主要的因素。【结论】公布的洛斯里被毛孢USA-87-5菌株线粒体基因组中存在序列错误。本文新报道了OWVT-1菌株的线粒体基因组,并进行注释和比较线粒体基因组学分析。     

砷氧化菌株的筛选及Bosea sp.AS-1基因组分析

[目的] 对湖南省锡矿山地区的砷氧化菌株的种属进行初步鉴定,并对砷锑氧化菌株Bosea sp.AS-1（简称AS-1）进行全基因组测序和生物信息学分析。[方法] 分离砷氧化菌株,并利用16S rRNA基因测序进行菌种鉴定。在此基础上,对能够高效氧化砷的菌株AS-1进行全基因组测序,对测序数据进行基因组装和功能注释、COG、GO及KEGG聚类分析,以及次级代谢产物合成基因簇与代谢途径预测等。[结果] 湖南省锡矿山的砷氧化菌株主要分布在α-、β-、γ-变形菌纲以及厚壁菌门。菌株AS-1基因组的测序结果显示AS-1基因组包含一条大小为5.536 Mb环状染色体和两个大小分别为189.9 kb和112.1 kb的质粒。对AS-1基因组进一步分析发现该菌株的基因组中包含砷锑代谢相关基因,还有鞭毛形成、鞭毛运动及生物膜形成的基因,这些基因的存在可能与AS-1能高效耐受和氧化砷和锑的特性相关。此外,菌株AS-1中还存在部分碳固定基因和硫氧化基因,这暗示着AS-1能够进行自养生长并氧化环境中的硫元素。[结论] 菌株AS-1可以在自养条件下生长并且能够氧化Sb（III）为Sb（V）。     

短乳杆菌与植物乳杆菌的发酵特性

【背景】目前对于酸菜发酵的研究主要关注点是植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum),有关短乳杆菌(Lactobacillus brevis)在酸菜方面的研究报道很少。【目的】为了挖掘短乳杆菌的发酵性能并开发酸菜发酵剂,将2株短乳杆菌分别与1株植物乳杆菌进行组合并发酵酸菜,分析短乳杆菌对酸菜发酵品质的影响。【方法】分别测定短乳杆菌与植物乳杆菌的单菌株生长产酸性能、耐酸性及亚硝酸盐降解力,并将两菌种组合后发酵酸菜,分析1-7d内酸度、乳酸菌活菌数、亚硝酸盐含量及酸菜质构特性的变化趋势。【结果】相较于短乳杆菌Lb-9-2,短乳杆菌Lb-5-3的生长和产酸速率较慢、酸耐受力较弱,但其亚硝酸盐降解力较强。两株短乳杆菌分别与植物乳杆菌Lp-9-1组合后产酸力显著增强,并在3 d时达到最低pH值(约3.10);植物乳杆菌Lp-9-1的添加使酸菜中总体乳酸菌生长延迟,在5 d时达到最高活菌数;组合菌种的样品中亚硝酸盐含量在1-7 d内变化较为平缓,前5天内两个组合之间差异不显著;接种乳酸菌会降低酸菜硬度和弹性,发酵3d时Lb-5-3/Lp-9-1组合的硬度最大,感官评价得分最高。【...     

植物乳杆菌天然质粒系统进化和起源

【目的】为了探索植物乳杆菌天然质粒系统进化关系和起源。【方法】本文利用复制起始蛋白(replication initiation protein,Rep)系统进化树、基因组共线性、基因组GC含量和宿主范围分析方法,对植物乳杆菌75个天然质粒的系统进化关系和起源进行了详细和多角度的分析。【结果】首先,Rep系统进化树和基因组共线性分析结果均表明,植物乳杆菌所有天然质粒可以划分为6个进化关系亲密的家族、2个进化形态特殊的杂合质粒和1个独立进化质粒pLP2140。杂合质粒pMRI5.2、pLP12-1分别由家族1-2和5-6质粒融合形成,因此植物乳杆菌质粒可能起源于7个祖先。其次,基因组共线性分析可以将6个家族质粒进一步划分为17个进化关系更近的亚家族类群,并清晰、有效地揭示类群内质粒之间的系统进化关系。最后,基因组GC含量和宿主范围分析为植物乳杆菌质粒的系统进化关系和起源提供了进一步的证据。【结论】因此上述研究可以准确、有效地揭示植物乳杆菌天然质粒的系统进化关系和起源,这对植物乳杆菌天然质粒系统进化和起源的了解和研究具有重要的参考价值。通过Rep系统进化树和基因组共线性两种分析方法优缺点的比较和组合,我们提出了一种更加有效的研究思路和分析方法,同时这种方法很可能适用于所有细菌天然质粒,因此对于天然质粒进化和起源研究具有普遍的方法学意义。     

藤黄生孢链霉菌NRRL 2401遗传操作系统和基因文库的构建北大核心CSCD

【目的】建立藤黄生孢链霉菌NRRL 2401的遗传操作系统和基因文库,以便筛选次级代谢产物生物合成基因。【方法】利用大肠杆菌和链霉菌的属间接合转移的方法,以整合型载体pPM927、pSET152和复制型载体pJTU1278构建链霉菌遗传操作系统。以pCClFOS^(TM)载体,大肠杆菌EP1300^(TM)-T1~R为宿主菌构建Fosmid文库。随后,设计引物,利用"板池-行池-单克隆"的三级PCR方法对文库进行快速筛选。【结果】pPM927、pSET152和pJTU1278均成功转入藤黄生孢链霉菌NRRL 2401,其中pSET152载体的转化效率最高。构建了稳定高效的藤黄生孢链霉菌NRRL 2401的基因文库,含2880个克隆,平均插入片段大小约为35 kb,空载率小于1%,文库覆盖率为99.99%,覆盖基因组16.5倍。同时,初步筛选出可能含有吲哚霉素生物合成基因簇的9个阳性克隆。【结论】成功构建了稳定高效的藤黄生孢链霉菌NRRL 2401遗传操作系统和高质量的基因文库,为克隆该菌中次级代谢产物生物合成基因簇以及进一步遗传改造奠定了基础。     

弯曲广布乳杆菌 HFS9 基因组分析及益生特性

【背景】近年来,弯曲广布乳杆菌的健康益处受到广泛关注;基因组分析结合表型实验的方法为益生菌开发提供了新思路。【目的】探索分离自健康人粪便的弯曲广布乳杆菌HFS9基因组特征及益生潜力。【方法】通过泛基因组分析对弯曲广布乳杆菌基因组特征进行描述,基于功能数据库注释并分析HFS9益生相关基因;通过耐酸耐胆盐实验、自聚集、疏水性和细胞黏附实验、抗生素敏感性试验、自由基清除实验及抑菌试验等对HFS9的体外益生特性进行评估;构建小鼠结肠炎模型初步评估HFS9的体内抗炎作用。【结果】弯曲广布乳杆菌具有开放的泛基因组和保守的核心基因组。HFS9基因组大小为1.97 Mb,GC含量为41.86%,蛋白质编码区数目为2 050个;含乳杆菌噬菌体PLE3编码基因及与细胞黏附、酸耐受、胆盐耐受和抗氧化等相关的益生基因。HFS9在酸和胆盐环境中的存活率分别为62.42%和92.92%;自聚集能力和疏水性分别为63.33%和75.00%,对人结肠癌细胞(HT-29细胞)的黏附率为12.97%;对选用的大多数抗生素敏感;对6种常见人体致病菌均具有抑制作用;具有清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼[1,1-diphen...     

一株嗜酸硫杆菌M4-422-6的分离及其全基因组测序和比较基因组学分析

【目的】开展具有硫氧化能力的嗜酸硫杆菌属(Acidithiobacillus)的分离及其比较基因组学分析,不仅可以丰富硫氧化细菌菌种资源,而且有助于加深理解嗜酸硫杆菌的分子进化与生态适应机制。【方法】利用以硫代硫酸钠为唯一能源的培养基分离具有硫氧化能力的细菌;利用Illumina HiSeq X和Oxford Nanopore测序平台对一株嗜酸硫杆菌M4-422-6进行全基因组测序;利用相关生物信息学分析软件对原始数据进行组装和基因组注释,并与一株亲缘关系最近的菌株Igneacidithiobacillus copahuensis VAN18-1进行比较基因组学分析。【结果】分离获得一株具有硫氧化能力的嗜酸硫杆菌M4-422-6。基因组注释结果显示,菌株M4-422-6基因组由1个染色体和2个质粒组成,基因组大小为2 917 823 bp,G+C含量为58.54%,共编码2 925个蛋白。16S rRNA基因和基因组系统发育树显示,菌株M4-422-6代表嗜酸硫杆菌属的一个潜在新种。功能基因注释结果显示,菌株Acidithiobacillus sp. M4-422-6拥有与菌株特性相关的众多基因,包括硫氧化相关基因、CO₂固定相关基因和耐酸相关基因。比较基因组学分析发现,虽然菌株M4-422-6与VAN18-1的亲缘关系最近,但两者仍拥有众多的差异基因,主要包括噬菌体抗性相关基因和移动元件编码基因。【结论】菌株M4-422-6代表嗜酸硫杆菌属的一个潜在新种,该菌株具有同种内菌株所不具有的特有基因,并据此推测嗜酸硫杆菌种内分化可归因于对特定生态位的适应。     

基于基因组序列的脑膜炎奈瑟菌分型方法

【目的】建立并评估1种适宜的脑膜炎奈瑟菌(Neisseriameningitidis,Nm)基因组分子分型方法。【方法】本研究以125株代表性Nm菌株的基因组序列为对象,建立了基于核心基因SNP的基因组分型方法,并与pubMLST网站公布的MLST和cgMLST分型方法进行比较。【结果】基于核心基因SNP的基因组分型方法和cgMLST方法对125株Nm菌株的分型结果一致性较高,两种方法均明显优于MLST分型方法。基于SNP的基因组分型方法在认识Nm菌的种群结构、界定克隆群方面具有优势;cgMLST分型方法能够对任一菌株进行分型,但不能进行克隆群的界定和归类。【结论】基于核心基因SNP的基因组分型方法和cgMLST均明显优于MLST分型方法,未来仍有待进一步整合和提高。