细菌全基因组测序分享资料
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➢ 用CAZY数据库对这4株菌的代谢途径进行注释，寻找纤 维素、半纤维素降解家族基因。
对4株菌的亲缘关系进行分析，确定菌株之间的相互关 系；
通过对4株菌进行进化分析，判定是否为古菌或新的菌 种。
16
基因分离
下一步的实验安排
对已注释出的基因进行验证
载体
酶切
酶切
连接
转化
筛选 表达
17
未注释出功能的基因鉴定，挖掘新基因
（LiP）和锰过氧化物酶（MnP），以及漆酶（Lac）。此外，一 些附属酶参与过氧化氢的产生，乙二醛氧化酶（glyoxal oxidase， 缩写作GLOX）和芳基醇氧化酶（aryl alcohol oxidase，缩写作 AAO）属于这类酶。
11
解读策略
③ 木质素降解过程涉及到的其他酶。 ④ 对木质素模型化合物作用的相关酶；
应
H2O2，Mn，有机酸作 形成苯氧自由基，引起芳香环和C α之间化学键 为螯合剂，硫醇，不 的断裂；MnP-脂质体系可使非酚型β-O-4木质素
饱和脂质
模型中的C α-C β键和β-芳基-醚键降解
O2，介质（如羟基苯 并三唑或ABTS）
通过氧化C α键和使芳基烷基键断裂，催化β-1和β-O-4-木质素模型化合物中的C α-C β键的断裂； 在“介体”分子存在下，可氧化非酚型β-O-4木
10
测序数据的解读与分析
解读策略
① 木质素基质是非常巨大的非均性高分子，会受到细胞外酶或试剂
的作用；木质素不含有可水解的化学键，这就意味着木质素降解 所参与的酶必须具有氧化性；木质素具有立体结构不规整性，与 许多其他天然高分子相比，木质素降解要求更具非特异性的作用。
② 木质素降解过程中涉及到的细胞外酶主要有：木质素过氧化物酶
DNA 转录 RNA 翻译 Protein
培养条件① 培养条件②
逆转录
产酶A且活性高 不产酶A或活性较低
测定转录 组mRNA
测定转录 组mRNA
比较 新 差异 基因
18
其他方面的应用研究
❖ 应用NMR、FTIR、UV， 14C标记的木质 素降解机理方面的研究； ❖农药残留物以及其他一些难降解有机物的 降解； ❖ 重金属有机物化合物的降解。
名称 愈创木基甘油-β-芳基醚
α-O-4型 4-O-5型 α-O-γ型
β-5型 5-5型 β-β型
α-烷基芳基醚键 二芳基（联苯）醚键
二烷基醚键 α-烷基芳基醚，β-碳键
二苯基（联苯）碳键 β-二烷基碳键
β-1型
β-芳基碳键
愈创木基甘油-α-芳基醚 愈创木基芳基醚
松脂酚
苯基香豆满 二联苯愈创木基丙烷
二芳基（愈创木基）联丙 烷
愈创木基-β-芳基丙烷
14
木质素降解有关主要的酶和它们催化的主要反应
酶，简写
木质素过氧 化物酶， LiP
锰过氧化物 酶，MnP
漆酶，Lac
辅助因子或基质“介 体”
主要效应和参与催化的反应
H2O2，黎芦醇
催化木质素非酚型亚结构β-O-4模型中丙基侧链 上的C α-C β键的断裂反应、开环以及其他的反
5
B-6 COG功能分类图
6
B-9 COG功能分类图
7
B-6 GC含量、GC skew、
COG 注释基因组分布图
8
B-9 GC含量、GC skew、
COG 注释基因组分布图
9
基因家族（gene family） 和基因簇（gene cluster）分析
基因组中来源相同，结构和功能相关的基因 聚集在一起形成基因家族。
基因组测序 和组装流程
1
生物信息学分析流程图
2
基因功能注释
基因注释主要基于蛋白序列比对，将基因的 序列与各数据库进行比对，得到对应的功能注 释信息。 注释的蛋白库为：KEGG、COG、SwissProt、 TrEMBL、NR。
3
B-6 KEGG代谢通路二级分类图
4
B-9 KEGG代谢通路二级分类图
质素模型化合物
乙二醛氧化 酶，GLOX
芳基醇氧化 酶，AAO
其他H2O2生 成酶
乙二醛，甲基乙二醛
芳醇（茴香醇、黎芦 醇）
一些化合物
乙二醛氧化成二羟基乙酸，产生H2O2 芳醇氧化成醛，产生H2O2 O2还原成H2O2
15
论文构思
❖ 创新性 ❖ 系统性 ❖ 热点，高关注度
增加个性化信息分析
➢ 对B-6，B-7，B-8，B-9这4株菌的数据进行分析，寻找 与木质素降解相关基因；
19
“一个物种基因组计划的完成， 就意味着这一物种学科和产业 发展的新开端”
向仲怀院士
谢谢！！
20
若有不当之处，请指正，谢谢！
21
基因家族的各个成员紧密成簇排列成大段的串联 重复单位，分布在某一条染色体的特殊区域
genefamily.xls
基因家族聚类结果
genefamily.stat
各基因家族统计信息
distance_data/all.KaKs 各基因家族内基因两两间的 Ka/Ks结果
gene_families
包含各基因家族的序列等信息
⑤ 木质素单体化合物降解相关酶。
木质素
Lac MnP LiP
聚合木质素
单体 二聚体 寡聚体
其他酶
Lac MnP LiP
C1C2C3片段 CO2 开环产物 CO2
芳香醛酸
醌 + 氢醌 CO2
12
木质素 聚合木质素
运用测序数据构思文章
C1C2C3片段 CO2
Lac MnP LiP
单体 二聚体 寡聚体
wk.baidu.com
其他酶
Lac MnP LiP
开环产物 CO2 芳香醛酸
醌 + 氢醌 CO2
α βγ
HO
C C C HO
H3CO C C C HO
CCC
对羟苯基结构（10%）
H3CO
愈创木基结构（70%）
H3CO
紫丁香基结构（20%）
13
β-O-4型连接
木质素主体结构的连接方式
键型 β-O-4型
连接方式 β-烷基芳基醚键
对4株菌的亲缘关系进行分析，确定菌株之间的相互关 系；
通过对4株菌进行进化分析，判定是否为古菌或新的菌 种。
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基因分离
下一步的实验安排
对已注释出的基因进行验证
载体
酶切
酶切
连接
转化
筛选 表达
17
未注释出功能的基因鉴定，挖掘新基因
（LiP）和锰过氧化物酶（MnP），以及漆酶（Lac）。此外，一 些附属酶参与过氧化氢的产生，乙二醛氧化酶（glyoxal oxidase， 缩写作GLOX）和芳基醇氧化酶（aryl alcohol oxidase，缩写作 AAO）属于这类酶。
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解读策略
③ 木质素降解过程涉及到的其他酶。 ④ 对木质素模型化合物作用的相关酶；
应
H2O2，Mn，有机酸作 形成苯氧自由基，引起芳香环和C α之间化学键 为螯合剂，硫醇，不 的断裂；MnP-脂质体系可使非酚型β-O-4木质素
饱和脂质
模型中的C α-C β键和β-芳基-醚键降解
O2，介质（如羟基苯 并三唑或ABTS）
通过氧化C α键和使芳基烷基键断裂，催化β-1和β-O-4-木质素模型化合物中的C α-C β键的断裂； 在“介体”分子存在下，可氧化非酚型β-O-4木
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测序数据的解读与分析
解读策略
① 木质素基质是非常巨大的非均性高分子，会受到细胞外酶或试剂
的作用；木质素不含有可水解的化学键，这就意味着木质素降解 所参与的酶必须具有氧化性；木质素具有立体结构不规整性，与 许多其他天然高分子相比，木质素降解要求更具非特异性的作用。
② 木质素降解过程中涉及到的细胞外酶主要有：木质素过氧化物酶
DNA 转录 RNA 翻译 Protein
培养条件① 培养条件②
逆转录
产酶A且活性高 不产酶A或活性较低
测定转录 组mRNA
测定转录 组mRNA
比较 新 差异 基因
18
其他方面的应用研究
❖ 应用NMR、FTIR、UV， 14C标记的木质 素降解机理方面的研究； ❖农药残留物以及其他一些难降解有机物的 降解； ❖ 重金属有机物化合物的降解。
名称 愈创木基甘油-β-芳基醚
α-O-4型 4-O-5型 α-O-γ型
β-5型 5-5型 β-β型
α-烷基芳基醚键 二芳基（联苯）醚键
二烷基醚键 α-烷基芳基醚，β-碳键
二苯基（联苯）碳键 β-二烷基碳键
β-1型
β-芳基碳键
愈创木基甘油-α-芳基醚 愈创木基芳基醚
松脂酚
苯基香豆满 二联苯愈创木基丙烷
二芳基（愈创木基）联丙 烷
愈创木基-β-芳基丙烷
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木质素降解有关主要的酶和它们催化的主要反应
酶，简写
木质素过氧 化物酶， LiP
锰过氧化物 酶，MnP
漆酶，Lac
辅助因子或基质“介 体”
主要效应和参与催化的反应
H2O2，黎芦醇
催化木质素非酚型亚结构β-O-4模型中丙基侧链 上的C α-C β键的断裂反应、开环以及其他的反
5
B-6 COG功能分类图
6
B-9 COG功能分类图
7
B-6 GC含量、GC skew、
COG 注释基因组分布图
8
B-9 GC含量、GC skew、
COG 注释基因组分布图
9
基因家族（gene family） 和基因簇（gene cluster）分析
基因组中来源相同，结构和功能相关的基因 聚集在一起形成基因家族。
基因组测序 和组装流程
1
生物信息学分析流程图
2
基因功能注释
基因注释主要基于蛋白序列比对，将基因的 序列与各数据库进行比对，得到对应的功能注 释信息。 注释的蛋白库为：KEGG、COG、SwissProt、 TrEMBL、NR。
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B-6 KEGG代谢通路二级分类图
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B-9 KEGG代谢通路二级分类图
质素模型化合物
乙二醛氧化 酶，GLOX
芳基醇氧化 酶，AAO
其他H2O2生 成酶
乙二醛，甲基乙二醛
芳醇（茴香醇、黎芦 醇）
一些化合物
乙二醛氧化成二羟基乙酸，产生H2O2 芳醇氧化成醛，产生H2O2 O2还原成H2O2
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论文构思
❖ 创新性 ❖ 系统性 ❖ 热点，高关注度
增加个性化信息分析
➢ 对B-6，B-7，B-8，B-9这4株菌的数据进行分析，寻找 与木质素降解相关基因；
19
“一个物种基因组计划的完成， 就意味着这一物种学科和产业 发展的新开端”
向仲怀院士
谢谢！！
20
若有不当之处，请指正，谢谢！
21
基因家族的各个成员紧密成簇排列成大段的串联 重复单位，分布在某一条染色体的特殊区域
genefamily.xls
基因家族聚类结果
genefamily.stat
各基因家族统计信息
distance_data/all.KaKs 各基因家族内基因两两间的 Ka/Ks结果
gene_families
包含各基因家族的序列等信息
⑤ 木质素单体化合物降解相关酶。
木质素
Lac MnP LiP
聚合木质素
单体 二聚体 寡聚体
其他酶
Lac MnP LiP
C1C2C3片段 CO2 开环产物 CO2
芳香醛酸
醌 + 氢醌 CO2
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木质素 聚合木质素
运用测序数据构思文章
C1C2C3片段 CO2
Lac MnP LiP
单体 二聚体 寡聚体
wk.baidu.com
其他酶
Lac MnP LiP
开环产物 CO2 芳香醛酸
醌 + 氢醌 CO2
α βγ
HO
C C C HO
H3CO C C C HO
CCC
对羟苯基结构（10%）
H3CO
愈创木基结构（70%）
H3CO
紫丁香基结构（20%）
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β-O-4型连接
木质素主体结构的连接方式
键型 β-O-4型
连接方式 β-烷基芳基醚键