专题研究|生防菌的适应性机制(重要结果解读)

(接上篇)继续给大家分享的内容是生防菌的适应性机制,关于细菌不同方向的研究思路大家可查看我们的公开课了解更多。

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文章题目:Genomic analysis and temperature-dependent transcriptome profiles of the rhizosphere originating strain Pseudomonas aeruginosa M189(点击获取文献)

前情提要:

1、core genome中包含的基因主要是与细菌基因组复制、表达等基本生长相关的基因,通过比较基因组分析,关注 core gene,可以挖掘与所有菌株共有表型相关的基因。

2、Accessory gene,即附属基因,其中包含的基因一般与物种特异性表型相关,如特殊的代谢能力,特殊的环境适应性等,这部分基因为菌株适应更多的环境提供了可能性,一般是通过可移动元件进行转移的。

3、同种,但具有不同表型的菌株,在基因组层面的原因,除了与基因序列(种类和数量)有关外,还可能与基因组结构有关,如片段倒置倒置可能倒置基因表达环境的变化,从而倒置表型的不同。

4、一般比较基因组分析从两个方面进行:基因组序列和基因组结构。

5、GI、Prophage会给细菌提供某些功能基因,使其适应相应的环境,所以一般研究其上基因的功能及稳定性(是否会从基因组上环切出来),CRISPR和IS一般与基因组稳定性的维持相关,通过对CRISPR 的spacer序列分析,可以知道对哪种病毒或噬菌体免疫,而IS序列的存在及转移会为基因组提供“进化的种子”。

这篇文章通过基因组学,同时结合转录组学研究来源于植物根际的铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa M18的环境适应性机制。

我们来看看文章的主要结果:

1、通过基因组测序获得一个染色体序列,全长6,327,754bp,共5684个ORF。


2、对基因组可移动元件进行分析,在核心基因组之外发现基因组岛、前噬菌体序列、CRISPR和IS序列。对这些元件上包含的基因序列进行分析,在其中两个基因组岛上发现了包含完整亚基的RM系统(限制修饰系统),且通过实验发现,这两个基因组岛是可以环切出M18的染色体的,同时这部分序列与全基因组序列的GC%差异,提示这两个基因组岛可能是近期才插入基因组序列中的。同时,敲除实验证明,RM系统确实具有限制外源遗传物质进入的功能,对于M18菌株维持基因组稳定,以适应环境中各种压力胁迫具有重要功能。

3、除了RM系统外,在这些元件上面还发现了与抗生素合成、糖基化修饰、营养物质分解等相关的功能基因,这些结果说明,P.aeruginosa M18通过基因水平转移获得的这些可移动元件,有助于其对根际环境的适应。

4、对CRISPR的间隔序列分析发现,其与已知的原噬菌体序列高度同源,提示该系统可能使得M18较少受到噬菌体的侵染和整合,保证M18在开放、复杂的根际环境中维持基因组的稳定性。


基因组结构比较分析发现:

8、同种不同株的基因组序列同源性很高;

9、但在结构上存在大片段的倒置现象,这可能是铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)不同菌株或者不同亚型之间产生不同生理变化的原因(表型不同)。

根际来源的P. aeruginosa M18(根际最适生长温度28℃)与临床分离株P. aeruginosa(人体最适生长温度37℃)的转录组比较分析:

10、在不同温度条件下,有大量基因发生差异表达,说明不同环境条件(人体 vs 根际)对铜绿假单胞菌转录组的影响明显大于基因组。

11、M18在土壤环境下,基因组岛基因上调表达,而在人体环境下,相应基因不表达,进一步说明基因组岛的获得对M18的环境适应性至关重要。

更多内容请关注《细菌基因组专题公开课》

1.细菌基因组测序方式:重测序、扫描图、完成图、转录组如何选择

2.细菌基因组研究思路和案例分享

3.常见的比较基因组分析有哪些

4.什么是基因水平转移(HGT)?如何研究细菌的HGT?

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