副地衣芽孢杆菌fa6全基因组测序及比较基因组学分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第 44 卷 第 2 期 2020 年 3 月
doi: 10.7541/2020.031
水生生物学报
ACTA HYDROBIOLOGICA SINICA
Vol. 44, No. 2 Mar., 2020
副地衣芽孢杆菌FA6全基因组测序及比较基因组学分析
赵 帝1, 2 吴山功1, 2 丰文雯1, 2
(1. 中国科学院水生生物研究所农业部水产养殖病害防控重点实验室, 淡水生态与生物技术国家重点实验室, 武汉 430072; 2. 中国科学院大学, 北京 100049)
本课题组前期从草鱼肠道内分离到1株细菌, 16S rRNA基因序列相似性鉴定表明该菌株与和地衣芽 孢杆菌DSM 13的相似性最高(99.5%), 且与地衣芽 孢杆菌的生理特性基本相似, 因此最初命名为地衣 芽孢杆菌FA6[10], 初步研究发现其可以在肠道内长 期定植, 能够降解淀粉和纤维素等多种碳水化合 物。为深入研究地衣芽孢杆菌FA6可能的益生机
1 材料与方法
1.1 菌株培养及基因组DNA提取 将菌株接种于LB液体培养基(胰蛋白胨10 g/L,
酵母提取物5 g/L, NaCl 10 g/L), 37℃有氧培养18h, 在600 nm的波长下用紫外分光光度计测定吸光度 值为1.376。菌液在7000 r/min下离心10min, 收集菌 体重量约5 g, 使用QIAamp® DNA Stool Mini Kit (Qiagen, Germany)试剂盒提取基因组DNA, 步骤按 照试剂盒说明书进行。最后, 用超微量分光光度计 (Nanodrop 8000, Thermo)测定DNA的浓度。 1.2 基因组测序、组装与注释
262
水生生物学报
44 卷
制, 有必要解析其基因组序列信息。本研究通过三 代测序技术对地衣芽孢杆菌FA6进行了基因组测 序, 进而深度挖掘其基因组信息, 推测地衣芽孢杆 菌FA6可能的益生作用机制, 从而为该菌株在水产 养殖中的应用提供了理论依据。同时, 本研究通过 比较基因组学分析[11], 将地衣芽孢杆菌FA6与其他 不同来源的4株芽孢杆菌菌株进行比较, 研究结果 对于理解地衣芽孢杆菌FA6的适应性进化具有重 要意义。
收稿日期: 2018-12-24; 修订日期: 2019-08-17 基金项目: 国家自然科学基金(31872612); 现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-45-15)资助 [Supported by the National Natural
Science Foundation of China (31872612); Earmarked Fund for China Agriculture Research System (CARS-45-15)] 作者简介: 赵帝(1992—), 女, 河南驻马店人; 硕士研究生; 主要研究方向为微生物学。E-mail: zhaodij@ 通信作者: 吴山功(1974—), 男, 副研究员; 主要研究方向为微生物学。E-mail: wusgz@
同种属细菌的不同菌株表型非常相似, 但基因组的 差异往往很大[2]。随着研究的深入和技术的进步, 不同菌株可以聚类成2支, 这2支的菌株在基因组特 征和和表型方面存在细微差异, 因此地衣芽孢杆菌 的不同菌株被分为两个种, 地衣芽孢杆菌或新种副 地衣芽孢杆菌(B. paralicheniformis)[3, 4]。副地衣芽 孢杆菌的细胞呈杆状, 是一种革兰氏阳性细菌, 其 可以分泌高活性的胞外产物, 包括蛋白酶、脂肪酶 和碳水化合物水解酶[3]。其中, 碳水化合物水解酶 类主要包含淀粉酶、果胶酶、葡聚糖酶和纤维素
摘要: 副地衣芽孢杆菌(Bacillus paralicheniformis)FA6是一株从草鱼肠道内分离出来的细菌, 其具有淀粉酶和 纤维素酶等多种碳水化合物酶活性。为深入研究副地衣芽孢杆菌FA6可能的益生机制, 研究通过三代测序技 术测定了副地衣芽孢杆菌FA6的全基因组序列, 运用生物信息学方法进行基因组组装、基因预测和功能注 释。同时通过比较基因组学方法, 比较分析了副地衣芽孢杆菌FA6与4株基因组序列已经发表的芽孢杆菌基 因组结构和功能的差异。结果发现副地衣芽孢杆菌FA6全基因组由1条环状染色体组成, 大小为4450579 bp, GC含量为45.9%。副地衣芽孢杆菌FA6基因组中含有128个蛋白酶基因, 32个脂肪酶基因和72个糖苷水解酶 基因, 这些基因与食物降解相关; 此外, 细菌基因组中还含有7个编码羊毛硫抗生素相关的基因。比较基因组 结果显示, 副地衣芽孢杆菌FA6与其他4株芽孢杆菌的基因组共线性关系较好, 但是与地衣芽孢杆菌菌株相比, 菌株FA6基因组特征更接近于副地衣芽孢杆菌菌株。副地衣芽孢杆菌FA6基因组中编码纤维素酶、半纤维素 酶和淀粉酶的基因数量分别为5、7和5个, 多于其他菌株, 能够更好地降解植物多糖。研究结果表明副地衣芽 孢杆菌FA6高度适应植物性成分, 反映了该菌株在草鱼肠道中的适应性进化, 该菌株可能可以作为益生菌用 于水产养殖。
酶, 这些酶有助于降解植物性饲料中的复杂的碳水
化合物, 从而促进养殖动物对营养物质的吸收, 提 高植物性饲料的利用率[5]。然而, 目前关于副地衣 芽孢杆菌在水产养殖中研究和报道还很少。
草鱼(Ctenopharyngodon idellus)是全球水产养 殖产量最大的一个品种。在中国, 草鱼的养殖草食 性鱼类, 主要以水生植物为食[8], 目前的研究表明草 鱼消化植物性食物需要依靠肠道微生物的作用[9]。
关键词: 副地衣芽孢杆菌; 全基因组测序; 比较基因组学; 碳水化合物活性酶
中图分类号: Q344+.1
文献标识码: A
文章编号: 1000-3207(2020)02-0261-07
地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)属于枯草 芽孢杆菌近缘种, 是芽孢杆菌属中具有重要应用价 值的菌种之一, 在工业发酵、农业生产、医药卫 生、食品保健、水产养殖等领域应用广泛[1]。尽管
doi: 10.7541/2020.031
水生生物学报
ACTA HYDROBIOLOGICA SINICA
Vol. 44, No. 2 Mar., 2020
副地衣芽孢杆菌FA6全基因组测序及比较基因组学分析
赵 帝1, 2 吴山功1, 2 丰文雯1, 2
(1. 中国科学院水生生物研究所农业部水产养殖病害防控重点实验室, 淡水生态与生物技术国家重点实验室, 武汉 430072; 2. 中国科学院大学, 北京 100049)
本课题组前期从草鱼肠道内分离到1株细菌, 16S rRNA基因序列相似性鉴定表明该菌株与和地衣芽 孢杆菌DSM 13的相似性最高(99.5%), 且与地衣芽 孢杆菌的生理特性基本相似, 因此最初命名为地衣 芽孢杆菌FA6[10], 初步研究发现其可以在肠道内长 期定植, 能够降解淀粉和纤维素等多种碳水化合 物。为深入研究地衣芽孢杆菌FA6可能的益生机
1 材料与方法
1.1 菌株培养及基因组DNA提取 将菌株接种于LB液体培养基(胰蛋白胨10 g/L,
酵母提取物5 g/L, NaCl 10 g/L), 37℃有氧培养18h, 在600 nm的波长下用紫外分光光度计测定吸光度 值为1.376。菌液在7000 r/min下离心10min, 收集菌 体重量约5 g, 使用QIAamp® DNA Stool Mini Kit (Qiagen, Germany)试剂盒提取基因组DNA, 步骤按 照试剂盒说明书进行。最后, 用超微量分光光度计 (Nanodrop 8000, Thermo)测定DNA的浓度。 1.2 基因组测序、组装与注释
262
水生生物学报
44 卷
制, 有必要解析其基因组序列信息。本研究通过三 代测序技术对地衣芽孢杆菌FA6进行了基因组测 序, 进而深度挖掘其基因组信息, 推测地衣芽孢杆 菌FA6可能的益生作用机制, 从而为该菌株在水产 养殖中的应用提供了理论依据。同时, 本研究通过 比较基因组学分析[11], 将地衣芽孢杆菌FA6与其他 不同来源的4株芽孢杆菌菌株进行比较, 研究结果 对于理解地衣芽孢杆菌FA6的适应性进化具有重 要意义。
收稿日期: 2018-12-24; 修订日期: 2019-08-17 基金项目: 国家自然科学基金(31872612); 现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-45-15)资助 [Supported by the National Natural
Science Foundation of China (31872612); Earmarked Fund for China Agriculture Research System (CARS-45-15)] 作者简介: 赵帝(1992—), 女, 河南驻马店人; 硕士研究生; 主要研究方向为微生物学。E-mail: zhaodij@ 通信作者: 吴山功(1974—), 男, 副研究员; 主要研究方向为微生物学。E-mail: wusgz@
同种属细菌的不同菌株表型非常相似, 但基因组的 差异往往很大[2]。随着研究的深入和技术的进步, 不同菌株可以聚类成2支, 这2支的菌株在基因组特 征和和表型方面存在细微差异, 因此地衣芽孢杆菌 的不同菌株被分为两个种, 地衣芽孢杆菌或新种副 地衣芽孢杆菌(B. paralicheniformis)[3, 4]。副地衣芽 孢杆菌的细胞呈杆状, 是一种革兰氏阳性细菌, 其 可以分泌高活性的胞外产物, 包括蛋白酶、脂肪酶 和碳水化合物水解酶[3]。其中, 碳水化合物水解酶 类主要包含淀粉酶、果胶酶、葡聚糖酶和纤维素
摘要: 副地衣芽孢杆菌(Bacillus paralicheniformis)FA6是一株从草鱼肠道内分离出来的细菌, 其具有淀粉酶和 纤维素酶等多种碳水化合物酶活性。为深入研究副地衣芽孢杆菌FA6可能的益生机制, 研究通过三代测序技 术测定了副地衣芽孢杆菌FA6的全基因组序列, 运用生物信息学方法进行基因组组装、基因预测和功能注 释。同时通过比较基因组学方法, 比较分析了副地衣芽孢杆菌FA6与4株基因组序列已经发表的芽孢杆菌基 因组结构和功能的差异。结果发现副地衣芽孢杆菌FA6全基因组由1条环状染色体组成, 大小为4450579 bp, GC含量为45.9%。副地衣芽孢杆菌FA6基因组中含有128个蛋白酶基因, 32个脂肪酶基因和72个糖苷水解酶 基因, 这些基因与食物降解相关; 此外, 细菌基因组中还含有7个编码羊毛硫抗生素相关的基因。比较基因组 结果显示, 副地衣芽孢杆菌FA6与其他4株芽孢杆菌的基因组共线性关系较好, 但是与地衣芽孢杆菌菌株相比, 菌株FA6基因组特征更接近于副地衣芽孢杆菌菌株。副地衣芽孢杆菌FA6基因组中编码纤维素酶、半纤维素 酶和淀粉酶的基因数量分别为5、7和5个, 多于其他菌株, 能够更好地降解植物多糖。研究结果表明副地衣芽 孢杆菌FA6高度适应植物性成分, 反映了该菌株在草鱼肠道中的适应性进化, 该菌株可能可以作为益生菌用 于水产养殖。
酶, 这些酶有助于降解植物性饲料中的复杂的碳水
化合物, 从而促进养殖动物对营养物质的吸收, 提 高植物性饲料的利用率[5]。然而, 目前关于副地衣 芽孢杆菌在水产养殖中研究和报道还很少。
草鱼(Ctenopharyngodon idellus)是全球水产养 殖产量最大的一个品种。在中国, 草鱼的养殖草食 性鱼类, 主要以水生植物为食[8], 目前的研究表明草 鱼消化植物性食物需要依靠肠道微生物的作用[9]。
关键词: 副地衣芽孢杆菌; 全基因组测序; 比较基因组学; 碳水化合物活性酶
中图分类号: Q344+.1
文献标识码: A
文章编号: 1000-3207(2020)02-0261-07
地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)属于枯草 芽孢杆菌近缘种, 是芽孢杆菌属中具有重要应用价 值的菌种之一, 在工业发酵、农业生产、医药卫 生、食品保健、水产养殖等领域应用广泛[1]。尽管