胶质芽孢杆菌结构基因组研究进展.docVIP

胶质芽孢杆菌结构基因组研究进展 摘要：本文研究了胶质芽孢杆菌的结构基因组，对两株测序完整的胶质芽孢杆菌的基因组大小、组成、结构及分析方法进行论述，为今后研究胶质芽孢杆菌功能基因做铺垫，对研究胶质芽孢杆菌的应用具有重要的意义。 关键词：胶质芽孢杆菌 结构基因组 功能基因组 应用 一.胶质芽孢杆菌简介 胶质芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus Krassilnikov）又称硅酸盐细菌，菌体粗长棒状、两端圆钝；在营养缺乏时，菌体产生肥厚的胞外荚膜并伴有芽孢的产生，培养后期，在菌体内会形成长椭圆形的芽孢，体型与菌体相似；菌体革兰氏染色呈阴性、细胞壁厚，被碱性番红染成紫色，芽孢为红色；胶质类芽孢杆菌最适生长温度为 28-32℃，最适 pH 值为 7.0-7.5，低于 5.0 或高于 8.0 则受抑制。胶质芽孢杆菌能分解出矿物中的钾、硅、磷，具有溶磷、释钾和固氮功能，同时能在生长繁殖过程中产生有机酸、氨基酸、多糖、激素等有利于植物吸收和利用；在土壤中繁殖后，分泌植物生长素及多种酶，增强作物对病害的抵抗，也抑制其他病原菌的生长；菌体内的钾在菌体死亡后，游离出来，可被植物吸收利用。作为微生物肥料中的一种重要功能菌，提高土壤速效钾、磷含量，提高作物产量和品质；目前广泛应用于农业、冶金、陶瓷、废水处理等领域[1]。 二.胶质芽孢杆菌基因组研究现状 随着第一株细菌的全基因组测序，大量代表性的模式生物基因组计划 (MOGP) 和微生物基因组计划 (MPG) 相继开展。近 20 年来的统计结果显示，GenBank 每年收集的基因组测序信息几乎呈指数递增。截至 2014 年 4 月，已经被测序 (Chromosomes)或正在进行中 (Scaffolds or Contigs) 的微生物基因组有11 317株，其中2 399株为真核生物(Eukaryote)、274 株为古细菌 (Archaea)、4 562 株为细菌 (Bacteria)、4 082 株为病毒 (Viruse)。胶质类芽孢杆菌属内的菌株在基因水平上存在较大差别，如菌株基因组大小存在较大变化 (4.06~8.82 Mb)，GC 含量范围比较广 (44.6%~58.4%)，不同种之间基因水平同源性较低[2]。目前基因组测序完成13株胶质芽孢杆菌，Paenibacillus mucilaginosus KNP414，Paenibacillm curdlanolyticus YK9，Paenibacillus elgii B69，Paenibacillus lactis 154，Paenibacillus larvae sub sp. larvae B-3650，Paenibacillus mucilaginosus 3016，Paenibacillus polymyxa E681，Paenibacillus polymyxa SC2，Paenibacillus sp. HGF5，Paenibacillus sp.HGF7，Paenibacillus sp. ]TR-2，Paenibacillus sp. oral taxon 786 str. D14，Paenibacillusvortex V453[3]，NCBI中全基因组测序完成三株胶质芽孢杆菌，分别是Paenibacillus mucilaginosus KNP414，Paenibacillus mucilaginosus 3016，Paenibacillus mucilaginosus k02[6]。 目前已报道的 13 株菌中仅发现 P. polymyxa M1 和 P. polymyxa SC2 存在质粒等，推测其原因，可能与这类菌基因组中存在较多的插入序列等重复序列有关系，通过重复序列的转移摄入大量的环境调控因子以适应不断变化的外界环境[3]。目前3株已完成的全基因组测序，均只有一个环状染色体，暂未发现质粒存在，与 PFGE 电泳结果相符。基因组较一般细菌较大，为 8.6~8.9 Mb，含有大量重复序列，可能是基因组在进化过程中发生了大规模的插入/缺失、倒位和基因水平转移造成的。GC 含量较芽孢杆菌属内其他菌种较高，暗示其较高的 DNA 密度和相对复杂的二级结构，蕴含着基因组起源与进化的重要信息。重复序列区域 (RP 区域 ) 的 G+C 含量明显要低于其他区域，而且该区域也是 no hits ORFs 的密集分布区。基因数量较多，平均基因密度约1 200 bp/ 个。根据比对区域大于基因长度 40% 并且相似度大于 40% 的基因，检索到菌株 3016 基因组中固氮基因 41 个，如主要表达调节基因 nif A、nif L，但未发现 nif H 基因[4]。 三.Paenibacillus mucilagin