细菌黏附素序列模体分析

目的：认识细菌黏附素序列保守的特征,更好地理解细菌黏附的机理。方法：利用InterProScan、MEME等分析工具对实验确认的155条细菌黏附素序列进行模体搜索。结果：用InterProScan在155个黏附素序列中搜索到119个模体,通过MEME分析发现了50个模体。结论：发现了一些与黏附功能相关的模体,为在细菌基因组内搜索黏附素序列奠定了基础。     

基于生物信息学的致病菌特有基因预测及分析

目的:利用生物信息学方法对致病菌特有基因进行大规模预测,同时探讨致病菌特有基因与致病菌毒力之间的关系。方法:构建致病性细菌蛋白质序列数据库和非致病性细菌蛋白质序列数据库,利用同源性比对的方法(BlastP工具)对致病菌特有基因进行预测;同时从文献中提取与致病菌毒力紧密相关的毒力因子,构建具有代表性的毒力因子分析库,对预测的致病菌特有基因进行比较分析。结果:在致病菌780310个基因中,预测了致病菌特有基因79166个,约占致病菌总基因的10.15%;预测的致病菌特有基因包含了构建的毒力因子分析库中的大部分毒力基因。结论:预测的致病菌特有基因与致病菌毒力紧密相关,大大减少了进一步在致病菌基因组中鉴定毒力基因时整个基因组的数据量。     

大垫尖翅蝗转录组分析

【目的】大垫尖翅蝗Epacromius coerulipes(Ivanov)是广泛分布的草原蝗虫之一,但其基因资源缺乏。为了获得大垫尖翅蝗的基因数据,对其进行了转录组测序和分析。【方法】利用Illumina公司paired-end转录组的测序技术进行从头组装。【结果】总计获得了63 033条unigenes,平均长度为772 bp,N50为1 589 bp。通过BLAST搜索,确定有25 132条(39.87%)unigenes与NCBI数据库已知的蛋白质相匹配,其中有24 841,16 490,11 558和8 013条unigenes成功注释到Nr,Swiss-Prot,GO和COG数据库中。KEGG数据库中,7 218条unigenes形成218条代谢或信息通路。其中,189条unigenes参与外源性物质或药物的代谢通路。进一步分析显示,213条unigenes被确认为可能参与外源性物质的解毒作用,29条unigenes被确定为编码杀虫剂的目标蛋白。此外,检测到5 696条简单重复序列。【结论】该转录组测序分析将为进一步研究大垫尖翅蝗的基因功能分析及杀虫剂的抗药性机制分析奠定分子基础。     

以23S rDNA一个多变区作为分子标记对致病杆菌属细菌进行分类鉴定

【目的】致病杆菌属(Xenorhabdus)细菌是一类重要的生物杀虫剂,斯氏属昆虫病原线虫的共生菌,建立快速准确的分类鉴定方法,对研究开发这类细菌至关重要。【方法】本研究PCR扩增测序了本室保藏的26株,含20种已定名致病杆菌属细菌的一段845 bp的23S rDNA序列,构建了基于这段序列的致病杆菌属系统树并与基于几乎全长16S rDNA序列的相应系统树进行比较,分析了两者作为致病杆菌属细菌分类鉴定分子标记的优缺点。【结果】结果表明,与全长16S rDNA序列相比,所选择的23S rDNA序列片段所含可变位点、简约信息位点比例更高,遗传距离数值跨度大。【结论】上述结果显示该序列片段可用于致病杆菌属细菌进行分类鉴定,特别适用于对野外资源调查中采集到的大量菌株进行快速鉴定。     

2个银叶真藓HSP70序列的生物信息学相关分析

从银叶真藓(Bryum argenteum)转录组数据库出发,使用Pfam数据库提供的HMM模型共得到33条长度大于200aa,注释的热休克蛋白Ba HSP70;其中2条(Ba HSP70-1,Ba HSP70-2)具有完整ORF,NCBI核酸数据库登录号为KP087877和KP087878。使用生物信息学在线分析工具和软件,对真藓HSP70的两条蛋白质序列从氨基酸组成、保守结构域、理化性质、疏水性/亲水性、信号肽、蛋白质结构、模体的识别及同源性分析等方面进行了预测和分析。结果表明:2条Ba HSP70s基因序列ORF全长分别为2 396 bp和2 356 bp,分别编码649aa和650aa。序列模体分析表明Ba HSP70s和其它报道的植物HSP70均含有4个相同的模体,并且各模体在蛋白质序列上顺序一致。通过对2条Ba HSP70s进行氨基酸多序列比对及基因树分析,发现Ba HSP70-1和Ba HSP70-2雪莲相似度最高,分别是91.2%和86.6%。本研究为进一步研究HSP70基因的克隆和功能验证奠定了基础。     

高致病性2型猪链球菌毒素-抗毒素系统SezAT的鉴定与活性研究

【目的】对我国高致病性2型猪链球菌05Z33基因组的89K毒力岛序列进行生物信息学分析,发现存在一对与化脓链球菌Epsilon-zeta(ε-ζ)同源的Ⅱ型毒素-抗毒素系统(Toxin-antitoxin system,TA)——SezAT,推测该系统具有稳定89K毒力岛使其不易丢失的作用。验证SezAT为有活性的TA系统。【方法】对SezAT进行了生物信息学分析;RT-PCR验证SezAT共转录特性;在大肠杆菌中选择性地诱导表达毒素蛋白SezT和抗毒素蛋白SezA;最后通过同源重组技术敲除SezAT系统。【结果】sezAT由同一操纵子控制,SezT可抑制细菌生长,SezA可中和SezT的毒性作用,同源重组成功获得sezT敲除突变株。【结论】证实SezAT为一对有活性的毒素-抗毒素(TA)系统,为进一步研究SezAT可能发挥稳定89K毒力岛的功能,同时获得89K毒力岛缺失突变株并深入认识89K在我国高致病性SS2中的作用奠定了基础。     

一株猪葡萄球菌的分离鉴定、生物学特性研究及全基因组测序分析

【背景】2021年6月,广东省茂名市某散养户送检了一头发病仔猪,猪身上长有脓疱,四肢关节肿大,关节内可见脓液。【目的】确定引起仔猪发病的病原菌,分析其药物敏感性,为临床用药提供指导;对分离菌株进行全基因组序列分析,挖掘其毒力因子和耐药基因,揭示该菌致病和耐药的分子机制。【方法】取关节脓液分离细菌;通过革兰氏染色、16S rRNA基因和全基因组测序分析,鉴定细菌种类;通过溶血试验、血浆凝固酶试验和生长曲线测定,确定分离菌株的溶血活性、血浆凝固酶活性和生长特性;用小鼠感染模型评估分离菌株的致病性;用纸片扩散法测定分离菌株的药物敏感性;通过全基因组序列分析挖掘分离菌株的毒力因子和耐药基因。【结果】分离菌株被鉴定为猪葡萄球菌(Staphylococcus hyicus);该菌不溶血,无血浆凝固酶活性,在胰蛋白胨大豆肉汤培养基中于37℃、120r/min条件下生长良好;小鼠感染试验结果显示,该菌具有高致病性;药敏试验结果显示,该菌对苯唑西林、大观霉素等7种药物敏感,对青霉素G、红霉素等9种药物耐药;全基因组序列分析结果显示,该菌携带多个毒力因子和耐药基因。【结论】从发病仔猪的关节脓液中分离到一株猪葡萄球菌,可用苯唑西林、大观霉素等药物防控该菌感染;解析了该菌的基因组信息,为后续深入研究该菌致病和耐药的分子机制奠定了基础。     

利用基因组学和MALDI-TOF MS技术鉴定放线菌纲细菌的核糖体蛋白质标志物

【目的】基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)法基于微生物的特征蛋白指纹图谱鉴定菌种,本研究利用基因组学和MALDI-TOFMS技术鉴定放线菌纲细菌的核糖体蛋白质标志物。【方法】从MALDI-TOF MS图谱数据库选取放线菌纲代表菌种,在基因组数据库检索目标菌种,获取目标菌株或其参比菌株的核糖体蛋白质序列,计算获得分子质量理论值,用于注释目标菌株MALDI-TOFMS指纹图谱中的核糖体蛋白质信号。【结果】从8目,24科,53属,114种,142株放线菌的MALDI-TOFMS图谱中总共注释出31种核糖体蛋白质。各菌株的指纹图谱中核糖体蛋白质信号数量差异显著。各种核糖体蛋白质信号的注释次数差异显著。总共15种核糖体蛋白质在超过半数图谱中得到注释,注释次数最高的是核糖体大亚基蛋白质L36。【结论】本研究找到了放线菌纲细菌MALDI-TOF MS图谱中常见的15种核糖体蛋白质信号,可为通过识别核糖体蛋白质的质谱特征峰鉴定放线菌的方法建立提供依据。     

农杆菌介导的灰葡萄孢T-DNA插入突变体库构建及插入位点分析

【目的】利用农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导法对灰葡萄孢(Botrytis cinerea)进行转化,构建T-DNA插入突变体库,为从分子水平上认识灰葡萄孢的致病机制打下基础。【方法】以含有pCAMBIA 1390双元载体的农杆菌对灰葡萄孢进行转化,利用潮霉素进行筛选。对抗性稳定的转化子进行生物学和形态学观察,采用离体番茄叶片进行致病性测定。利用TAIL-PCR技术对突变体中T-DNA的旁侧序列进行克隆。【结果】得到了一些突变体,表现为生长速率减缓、产孢能力下降、致病力减弱等。克隆并分析了其中一个突变体中T-DNA插入的位置和旁侧序列。【结论】本实验建立了农杆菌介导的灰葡萄孢转化体系,构建了T-DNA插入的灰葡萄孢突变体库。用TAIL-PCR进行突变体中T-DNA旁侧序列的分析是可行的。     

高致病性2型猪链球菌IV型样分泌系统virB1-89K基因的敲除及其对毒力的影响

摘要:【目的】构建高致病性2 型猪链球菌IV 型样分泌系统virB1-89K基因的敲除株和互补株,研究virB1-89K基因缺失对细菌毒力的影响。【方法】通过同源重组技术敲除virB1-89K基因,多重PCR筛选敲除株并测序鉴定。再将virB1-89K基因克隆到穿梭质粒pSET1后转入virB1-89K敲除株中,构建互补株。比较野生株05 ZYH33、突变株△virB1-89K和互补株CvirB1-89K三者基本生物学特性的差异,小鼠实验分析virB1-89K基因敲除后对细菌毒力的影响。【结果】成功构建突变株△virB1-89K和互补株CvirB1-89K,在基本生物学性状无明显改变的情况下,敲除株的毒性降低到野生株的30%,互补株可恢复其毒性。【结论】virB1-89K基因作为2型猪链球菌高致病性菌株05 ZYH33的IV样分泌 系统的重要组分,与其高致病性密切相关。     

细菌萜类合成酶的生物信息学分析

【目的】目前对于萜类合成酶(Terpenoid synthase,TPS)的研究主要集中在植物和真菌中,而对细菌TPS的系统研究尚少。建立在大量已经被测序的细菌基因组基础上,利用生物信息学方法,对细菌TPS在全基因组范围内进行识别、分类和功能分析。【方法】利用TPS的隐马尔科夫模型(Pfam编号为PF03936)搜索自建的细菌蛋白质组数据库,预测出细菌TPS。对这些候选TPS的蛋白序列用MAFFT 7.130b进行多序列比对,并利用MEGA 6.0对多序列比对结果进行进化分析。利用MEME和PredictProtein分别进行细菌TPS的基序(Motifs)和点突变分析。【结果】建立在生物信息学分析的基础上,1 423条细菌TPS被识别,它们分布在8个门中,即放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)和衣原体门(Chlamydiae)。进化分析表明细菌TPS可分为4大类,Motifs分析表明除了各类之间保守的基序(Motifs)外,还有特异的Motifs,这暗示着细菌TPS在不同类别之间的功能分化。点突变分析表明,细菌TPS不同位点的氨基酸突变对TPS功能的影响不同。【结论】细菌TPS主要分布于8个门中,其中在2个门中细菌TPS尚未见报道,即厚壁菌门(Firmicutes)与酸杆菌门(Acidobacteria)。基于进化分析,可以把细菌TPS分为4类,各类之间的差异可能是由类特异的Motifs决定的,另外细菌TPS不同氨基酸位点的突变分析为今后验证TPS的功能提供了很好的理论基础。     

水稻全基因组编码抗病基因同源序列分析

利用模糊搜索的方法,在TIGR水稻日本晴基因组数据库(TIGR Rice Genome Annotation-Release5)中识别出565个编码抗病蛋白质的同源序列;利用识别出565个编码抗病蛋白质序列分别与籼稻基因组数据库进行BLASTP联配,共确定320个对应的等位基因。通过在线生物信息学软件,识别了这565个抗病基因的保守结构域、保守模体和DNA序列内转座子元件,其中有14个抗病基因同源序列注释错误。同时绘出了这些基因的基因组分布,并基于这些基因的同源树分析和基因组物理分布,认为基因的原位和远程复制事件产生了抗病基因的现存分布和多样性,其中转座子在复制过程中扮演了重要角色。这些对抗病机制研究和抗病基因进化研究以及抗病基因的转育具有重要意义。     

A Screen for Endocytic Motifs

Sorting signals for cargo selection into coated vesicles are usually in the form of short linear motifs. Three motifs for clathrin‐mediated endocytosis have been identified: YXXΦ, [D/E]XXXL[L/I] and FXNPXY. To search for new endocytic motifs, we made a library of CD8 chimeras with random sequences in their cytoplasmic tails, and used a novel fluorescence‐activated cell sorting (FACS)‐based assay to select for endocytosed constructs. Out of the five tails that were most efficiently internalized, only one was found to contain a conventional motif. Two contain dileucine‐like sequences that appear to be variations on the [D/E]XXXL[L/I] motif. Another contains a novel internalization signal, YXXXΦN, which is able to function in cells expressing a mutant µ2 that cannot bind YXXΦ, indicating that it is not a variation on the YXXΦ motif. Similar sequences are present in endogenous proteins, including a functional YXXXΦN (in addition to a classical YXXΦ) in cytotoxic T‐lymphocyte‐associated protein 4 (CTLA‐4). Thus, the repertoire of endocytic motifs is more extensive than the three well‐characterized sorting signals.     

Predicting candidate genomic sequences that correspond to synthetic functional RNA motifs

Riboswitches and RNA interference are important emerging mechanisms found in many organisms to control gene expression. To enhance our understanding of such RNA roles, finding small regulatory motifs in genomes presents a challenge on a wide scale. Many simple functional RNA motifs have been found by in vitro selection experiments, which produce synthetic target-binding aptamers as well as catalytic RNAs, including the hammerhead ribozyme. Motivated by the prediction of Piganeau and Schroeder [(2003) Chem. Biol., 10, 103–104] that synthetic RNAs may have natural counterparts, we develop and apply an efficient computational protocol for identifying aptamer-like motifs in genomes. We define motifs from the sequence and structural information of synthetic aptamers, search for sequences in genomes that will produce motif matches, and then evaluate the structural stability and statistical significance of the potential hits. Our application to aptamers for streptomycin, chloramphenicol, neomycin B and ATP identifies 37 candidate sequences (in coding and non-coding regions) that fold to the target aptamer structures in bacterial and archaeal genomes. Further energetic screening reveals that several candidates exhibit energetic properties and sequence conservation patterns that are characteristic of functional motifs. Besides providing candidates for experimental testing, our computational protocol offers an avenue for expanding natural RNA's functional repertoire.     

四种红树植物根际土壤微生物Ⅰ型和Ⅱ型PKS基因的检测与多样性分析

[目的]探究红树林土壤中聚酮合酶(Polyketide synthase,PKS)基因的多样性和新颖性.[方法]用Ⅰ型和Ⅱ型PKS基因酮基合成酶(Ketosynthase,KS)域的简并引物对海南清澜港红树林海莲、黄槿、银叶、老鼠簕4种红树根际土壤样品中DNA进行PCR扩增,之后利用PCR-限制性酶切片段多样性(PCR-RFLP)和测序分析法对Ⅰ型和Ⅱ型PKS基因的多样性进行探讨.[结果]对得到的72条Ⅰ型PKS基因的酮基合成酶(Ketosynthase,KS)域DNA序列进行PCR-RFLP分析,共得到51个可操作分类单元(Operational taxonomic unit,OTUs),其中37个OTUs为单克隆产生,没有明显的优势OTU.选取了26个代表不同OTU的克隆进行测序分析,这些序列与GenBank中已知序列的最大相似率均未超过85％. KS域氨基酸序列的系统发育分析显示,所得KS域来源广泛,包括蓝细菌门(Cyanobacteria)、变形杆菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)和一些未可培养细菌;对55条PKSⅡ基因KS域DNA序列的PCR-RFLP分析后共得到25个OTUs,有两个明显的优势OTUs,代表的克隆子数所占比例超过10％.[结论]PCR-RFLP分析表明红树林根际土壤中存在着丰富多样的Ⅰ型和Ⅱ型PKS基因,且前者多样性更高;低的序列相似度表明所获得的PKSⅠ基因KS域序列独特;系统发育分析表明得到的PKSⅠ基因来源广泛.     

Database search strategies used to isolate cell death proteins

The identification of proteins involved in the early phases of cell death has relied primarily on the modular organization of shared sequences and structural motifs of previously identified proteins in the apoptotic machinery. This property has facilitated the isolation of proteins that interact with each other through structural domains using yeast two-hybrid cloning. Likewise, the conservation in primary sequence of the various shared domains has promoted the use of polymerase chain reaction and database search strategies to isolate additional family members. Here, we discuss the use of database search strategies in the isolation of novel death proteins, as well as how similar strategies may be extended to discover additional, novel cell death proteins.     

A systematic search for protein signature sequences.

Signature sequences are contiguous patterns of amino acids 10-50 residues long that are associated with a particular structure or function in proteins. These may be of three types (by our nomenclature): superfamily signatures, remnant homologies, and motifs. We have performed a systematic search through a database of protein sequences to automatically and preferentially find remnant homologies and motifs. This was accomplished in three steps: 1. We generated a nonredundant sequence database. 2. We used BLAST3 (Altschul and Lipman, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 87:5509-5513, 1990) to generate local pairwise and triplet sequence alignments for every protein in the database vs. every other. 3. We selected "interesting" alignments and grouped them into clusters. We find that most of the clusters contain segments from proteins which share a common structure or function. Many of them correspond to signatures previously noted in the literature. We discuss three previously recognized motifs in detail (FAD/NAD-binding, ATP/GTP-binding, and cytochrome b5-like domains) to demonstrate how the alignments generated by our procedure are consistent with previous work and make structural and functional sense. We also discuss two signatures (for N-acetyltransferases and glycerol-phosphate binding) which to our knowledge have not been previously recognized.     

Conserved sequence motifs among bacterial,eukaryotic, and archaeal phosphatases that define a new phosphohydrolase superfamily.

Members of a new molecular family of bacterial nonspecific acid phosphatases (NSAPs), indicated as class C, were found to share significant sequence similarities to bacterial class B NSAPs and to some plant acid phosphatases, representing the first example of a family of bacterial NSAPs that has a relatively close eukaryotic counterpart. Despite the lack of an overall similarity, conserved sequence motifs were also identified among the above enzyme families (class B and class C bacterial NSAPs, and related plant phosphatases) and several other families of phosphohydrolases, including bacterial phosphoglycolate phosphatases, histidinol-phosphatase domains of the bacterial bifunctional enzymes imidazole-glycerolphosphate dehydratases, and bacterial, eukaryotic, and archaeal phosphoserine phosphatases and threalose-6-phosphatases. These conserved motifs are clustered within two domains, separated by a variable spacer region, according to the pattern [FILMAVT]-D-[ILFRMVY]-D-[GSNDE]-[TV]-[ILVAM]-[AT S VILMC]-X-¿YFWHKR)-X-¿YFWHNQ¿-X( 102,191)-¿KRHNQ¿-G-D-¿FYWHILVMC¿-¿QNH¿-¿FWYGP¿-D -¿PSNQYW¿. The dephosphorylating activity common to all these proteins supports the definition of this phosphatase motif and the inclusion of these enzymes into a superfamily of phosphohydrolases that we propose to indicate as "DDDD" after the presence of the four invariant aspartate residues. Database searches retrieved various hypothetical proteins of unknown function containing this or similar motifs, for which a phosphohydrolase activity could be hypothesized.