细菌全基因组测序 ppt课件
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细菌全基因组测序
B-9 KEGG代谢通路二级分类图
细菌全基因组测序
B-6 COG细功菌全能基因分组测类序 图
B-9 COG细功菌全能基因分组测类序 图
B-6 GC含量、GC skew、 COG 注释基因细菌组全基分因组布测序图
B-9 GC含量、GC skew、 COG 注释基因细菌组全基分因组布测序图
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
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
H3CO
愈创木基结构（70%）
β-1型
β-芳基碳键
细菌全基因组测序
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
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
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
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）
紫丁香基结构（20%）
细菌全基因组测序
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
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
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
（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。
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
细菌全基因组测序
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。
细菌全基因组测序
Biblioteka Baidu
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；
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
细菌全基因组测序
醌 + 氢醌 CO2
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
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
细菌全基因组测序
“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！！
细菌全基因组测序
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
细菌全基因组测序
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；
➢ 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。
基因组测序 和组装流程
细菌全基因组测序
生物信息学细菌分全基析因组流测序程图
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。
细菌全基因组测序
B-6 KEGG代谢通路二级分类图
培养条件① 培养条件②
逆转录
产酶A且活性高
测定转录 组mRNA
不产酶A或活性较低
测定转录 组mRNA
细菌全基因组测序
比较 新 差异 基因
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。
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
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。
细菌全基因组测序
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
细菌全基因组测序
未注释出功能的基因鉴定，挖掘新基因
DNA 转录 RNA 翻译 Protein
B-9 KEGG代谢通路二级分类图
细菌全基因组测序
B-6 COG细功菌全能基因分组测类序 图
B-9 COG细功菌全能基因分组测类序 图
B-6 GC含量、GC skew、 COG 注释基因细菌组全基分因组布测序图
B-9 GC含量、GC skew、 COG 注释基因细菌组全基分因组布测序图
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
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
H3CO
愈创木基结构（70%）
β-1型
β-芳基碳键
细菌全基因组测序
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
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
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
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）
紫丁香基结构（20%）
细菌全基因组测序
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
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
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
（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。
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
细菌全基因组测序
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。
细菌全基因组测序
Biblioteka Baidu
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；
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
细菌全基因组测序
醌 + 氢醌 CO2
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
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
细菌全基因组测序
“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！！
细菌全基因组测序
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
细菌全基因组测序
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；
➢ 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。
基因组测序 和组装流程
细菌全基因组测序
生物信息学细菌分全基析因组流测序程图
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。
细菌全基因组测序
B-6 KEGG代谢通路二级分类图
培养条件① 培养条件②
逆转录
产酶A且活性高
测定转录 组mRNA
不产酶A或活性较低
测定转录 组mRNA
细菌全基因组测序
比较 新 差异 基因
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。
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
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。
细菌全基因组测序
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
细菌全基因组测序
未注释出功能的基因鉴定，挖掘新基因
DNA 转录 RNA 翻译 Protein