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苏云金芽胞杆菌菌株YBT-1520全基因组序列的初步分析

刘超

   苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)菌株YBT-1520是我室从土壤中分离筛选的,对棉铃虫、小菜蛾等鳞翅目害虫具有高毒力的专利菌株(专利号:ZL 95 106749.4)。本研究采用全基因组鸟枪法测定了该菌株的全基因组序列,并进行了包括基因组比较在内的初步分析。结果表明YBT-1520的基因组由1条染色体和9个质粒组成,其中染色体的长度为5,401,320个碱基对(bp),共编码5,556个开放阅读框(ORF);9个质粒的总长度为401,376 bp,共编码395个ORF。 菌株YBT-1520的染色体编码了许多与致病性有关的毒性因子,如肠毒素,磷脂酶,几丁质酶,免疫抑制因子A等。这些具有杀虫增效作用的物质的存在,部分地解释了YBT-1520对害虫具有高毒力的原因。为了进一步从整体上了解基因调控对该菌株杀虫活性的影响,本研究全面考察了YBT-1520染色体所含有的双组分调控系统以及被多效调控因子PlcR所调控的基因。结果表明:YBT-1520染色体共含有29个潜在的双组分调控系统,其中有4个可能直接与该菌株对害虫的致病性有关;在PlcR调控可能涉及的基因中,有7个直接编码了与杀虫有关的毒性因子,此外还有多个基因编码潜在的毒性因子或间接地影响YBT-1520的杀虫活性。 通过多种比较基因组学的分析方法,如同源基因数以及最相似基因数的分布比较,蛋白质组的比较,染色体间插入或缺失基因数的统计,染色体基因的COG功能分类比较以及基于KEGG数据库的代谢途径比较,对蜡状芽胞杆菌群(Bacillus cereus group)中的4株典型菌株—蜡状芽胞杆菌(Bacillus cereus)菌株ATCC 14579,炭疽芽胞杆菌(Bacillus anthracis)菌株Ames,苏云金芽胞杆菌菌株97-27以及YBT-1520的染色体进行了较全面的比较分析。结果表明这4株菌株的染色体差异很小,其亲缘关系十分接近,不过它们之间少数几个基因的差异,也可能会导致完全不同的表型。此外,还鉴定出了YBT-1520染色体在蜡状芽胞杆菌群中的特有基因,并对这些基因进行了COG功能分类。结果表明这些基因的编码产物大都为在数据库搜索中找不到同源序列的假定蛋白,或者是与可移动的遗传因子有关的蛋白。 质粒pBMB131是YBT-1520中最重要的致病性质粒,它含有4个杀虫晶体蛋白的编码基因(分别为cry1Aa,cry1Ia,cry2Aa和cry2Ab)以及一个营养期杀虫蛋白的编码基因(vip3Aa),其中cry1Ia和vip3Aa是首次在YBT-1520中发现。更为令人感兴趣的是,质粒比较的结果不仅表明pBMB131和蜡状芽胞杆菌质粒pBc10987,炭疽芽胞杆菌质粒pXO1以及苏云金芽胞杆菌质粒pBtoxis具有共同的起源,而且质粒pBMB131还含有一个潜在的致病岛,所有在该质粒中已知的杀虫基因都位于此致病岛内。这一发现为研究敛病性质粒的进化以及寻找新的杀虫基因提供了良好的基础。此外,质粒pBMB95含有1个杀虫晶体蛋白Cry1Ac的编码基因,质粒pBMB69含有一个杀虫晶体蛋白Cry1Ab的编码基因,因此这两个质粒对YBT-1520的杀虫活性也有重要的贡献。质粒pBMB131和质粒pBMB67各含有一个编码产物类似于枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)Rap-Phr系统的潜在操纵子,因此这两个质粒可能影响着与YBT-1520致病性有关的某些生理活动,如芽胞的形成和胞外蛋白酶的表达。质粒pBMB67还含有多个可能与接合转移有关的基因,对这些基因的分析为研究G~+细菌的接合转移系统提供了新的线索。除了以上这些基因,YBT-1520含有的质粒中还有多个可能影响宿主致病性的基因。YBT-1520所含有的这些质粒是该菌株对害虫具有高毒力的主要原因。……   
[关键词]:苏云金芽胞杆菌;全基因组测序;蜡状芽胞杆菌群;比较基因组;序列分析
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:华中农业大学2007年