辣椒疫霉拮抗菌Y4-39全基因组测序与分析

【目的】解析辣椒疫霉拮抗菌Y4-39的全基因组序列信息,阐明其防病促生机制,为其开发和应用提供理论依据。【方法】采用三代牛津纳米孔测序（ONT）和二代测序平台（BGISEQ）相结合的方法,对从黑水虻肠道分离获得的对辣椒疫霉具有较强抑制活性的贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis） Y4-39进行全基因组测序、组装、基因预测和功能注释,并进行比较基因组学分析,从全基因组水平挖掘菌株Y4-39的次生代谢产物合成基因簇。【结果】菌株Y4-39全基因组大小为3891759 bp,GC含量46.67%,编码3713个蛋白基因,27个rRNA和86个tRNA基因,不含质粒。基于全基因组序列构建的B.velezensis系统发育进化树可分为5个亚群,亚群间的平均核苷酸一致率（ANI）大于97%,亚群内各菌株之间ANI大于98%。预测得到12个潜在的次生代谢产物合成基因簇,包括表面活性素、大环内酰亚胺H、bacillaene、芬枯草菌素、地非西丁、杆菌素和杆菌溶素等抑菌活性物质,同时还存在5个产物未知的次生代谢产物合成基因簇。【结论】贝莱斯芽孢杆菌种内存在一定程度的分化。菌株Y4-39基因组含有多个次生代谢产物合成基因簇,具有合成多种抑菌活性物质的能力,具有较好的应用前景。     

生防菌贝莱斯芽孢杆菌MC2-1全基因组测序分析

【目的】分析贝莱斯芽孢杆菌MC2-1的全基因组序列信息,挖掘该菌株拮抗物质合成的相关基因,为其生防机理研究和开发应用提供数据基础。【方法】采用二代Illumina Hiseq与三代Pacbio平台相结合的测序技术,对从美洲大蠊肠道内分离获得的烟草疫霉拮抗菌MC2-1进行全基因组测序,并对测序数据进行基因组装、预测、功能注释、共线性分析及次级代谢产物合成基因簇预测。【结果】菌株MC2-1的全基因组大小为3929792 bp,平均GC含量为46.5%,共编码4015个基因;包含tRNA基因86个、rRNA基因27个、sRNA基因81个;含有基因组岛2个、前噬菌体1个、CRISPRCas 9个。在NR、Swiss-Prot、COG、GO和KEGG数据库中分别注释到4015、3347、2996、2841和2223个基因。在CAZyme数据库中注释到几丁质酶、纤维素酶和淀粉酶等可降解植物病原真菌细胞壁的相关酶基因。预测到菌株MC2-1中有12个次级代谢产物合成基因簇,编码表面活性素（Surfactin）、丰原素（Fengycin）、杆菌素（Bacillibactin）、杆菌溶素（Bacilysin）、大环内酰亚胺H （Macrolactin H）、杆菌烯（Bacillaene）和艰难菌素（Difficidin）等抑菌物质,其中多数抑菌物质是通过非核糖体途径和聚酮合酶途径合成,且其中6个基因簇在贝莱斯芽孢杆菌中高度保守。【结论】菌株MC2-1的基因组中含有多种次级代谢产物合成基因簇,可编码合成已知的抑菌活性物质,同时还存在降解病原真菌细胞壁的相关基因。推测菌株MC2-1可通过分泌抑菌次生代谢物及相关降解酶达到防治植物病害的效果,在农业生物防治中具有较好的应用前景。     

解淀粉芽胞杆菌BJ-6基因组测序与抗菌代谢产物合成基因分析

【目的】解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)是目前植物病害生物防治研究的热点之一。为了探索解淀粉芽胞杆菌BJ-6的生防机制,对该菌株的全基因组进行测序分析。【方法】利用二代测序技术对解淀粉芽胞杆菌BJ-6进行全基因组测序,使用Prodigal等软件进行基因预测与功能注释,并搜寻主要的抗菌次级代谢产物合成基因簇,转录分析这些抗菌代谢产物合成基因的表达。【结果】解淀粉芽胞杆菌BJ-6基因组大小为4 175 709 bp,有4 261个基因,GC含量为46.12%,搜寻到7种抗菌次级代谢产物合成基因簇,其中表面活性素合成基因簇与模式菌株FZB42相比出现较大差异,这7种抗菌物质合成基因在12～60 h培养条件下均能正常表达。【结论】获得解淀粉芽胞杆菌BJ-6的全基因组序列信息,挖掘抗菌物质合成基因簇,为今后深入研究解淀粉芽胞杆菌BJ-6产生的抗菌物质及其抑菌机制提供保障。     

Bacillus subtilis 168菌株产surfactin改造

枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)168菌株基因组中含有编码surfactin合成酶系的srfA操纵子,却不产抗菌肽surfactin。运用同源重组的方法将外源的有活性的sfp基因(编码4'-磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶)整合入B.subtilis 168中,将其改造为产surfactin的菌株。通过分析多株枯草芽孢杆菌和解淀粉液化芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)的sfp基因,从基因的上、下游找出较为保守的区域,设计引物,从枯草芽孢杆菌Nja-9中扩增sfp基因,将获得的sfp基因与P43启动子和终止子相连,构建了sfp基因表达框,并连接于枯草整合质粒pDG1730上,最终构建了枯草芽孢杆菌整合质粒pST-1730,利用pST-1730本身的淀粉酶E基因与B.subtilis 168菌株的基因组DNA进行同源重组整合,获得了产surfactin的重组菌株B.subtilis121。本研究为surfactin合成酶基因的改造和分析奠定了基础。     

枯草芽胞杆菌Bs-916的全基因组分析

 【目的】对枯草芽胞杆菌Bs-916进行全基因组测序,为今后更好挖掘和利用该菌生防潜力提供较多的分子生物学信息。【方法】通过应用比较基因组学软件与另一测序菌株Bs168进行全基因组序列分析。【结果】Bs-916菌株全基因组大小为3 925 958 bp,GC含量为46.4%,与其它已测序全基因组芽孢杆菌相比,其GC含量最高;预测所得CDS数为4 056个,152个串联重复区域,转座子103个,IS（插入序列）序列数量37个, tRNA 46个,rRNA 39个;比较基因组学分析其含有8个NRPS/PKS基因簇,其中bacillomycin L,macrolactin,difficidin这3个基因簇在比较菌株Bs168中不存在;该菌还含有植酸酶基因、comAPQX及sfp等与生防因子相关的基因。【结论】Bs-916菌株全基因组含有多种抗菌物质编码基因簇,是一类具有极大生防潜力的典型根际革兰氏阳性菌株。该菌株全基因组序列的测定及其遗传操作方法的可行性,有利于其次生代谢产物的开发和利用。次生代谢产物具有潜在的应用价值,有望在未来开发成独特的农业生物工程制剂。     

功能基因组注释探讨解淀粉芽孢杆菌的益生机制

旨在利用功能基因组注释的方法,深入挖掘解淀粉芽孢杆菌BLCC1-0238基因组中与益生作用密切相关的功能基因。结果表明,解淀粉芽孢杆菌BLCC1-0238的基因组大小约为3.88 Mb,含有3 941个编码序列,有8个基因簇参与聚酮类化物、非核糖体脂肽和芽孢杆菌素的生物合成,部分基因簇参与环状脂肽罗克霉素的合成;该菌还具有1个编码肽基脯氨酰异构酶的基因,12个与耐酸相关的基因和7个参与编码水解酶的基因。综上所述,这些基因的存在有助于动物机体对抗病原菌和胁迫因素,还有利于对营养物质的消化和 吸收。     

纤维素酶系基因的克隆与序列分析

根据Gen Bank已报道的枯草芽孢杆菌的基因序列,设计特异性引物,经PCR分别从B.subtilis L、B.subtilis K基因组中扩增得到3个纤维素酶基因序列,基因片段分别长约700、1 500、1 700 bp。连接到T载体上进行测序,获得该3个纤维素酶基因片段的DNA序列,在线比对分析表明3个基因的部分碱基序列与已报道的纤维素酶基因的序列同源性达99%。这3个基因的全序列在Gen Bank中未见报道,且通过软件对比,三者没有任何相似性。根据3个纤维素酶基因的来源分别命名为Lcen、Ken、Kkg。借助软件分析确定Lcen基因全长699 bp,基因序列为1个完整的阅读框,连续编码232个氨基酸。Ken基因全长1 500 bp,连续编码499个氨基酸。Kkg基因全长1 686 bp,基因序列为1个完整的阅读框,连续编码561个氨基酸。3个基因均属于纤维素酶家族大类。     

高温中性蛋白酶基因的克隆、表达及验证研究

对地衣芽孢杆菌XJT9503高温中性蛋白酶基因进行了克隆、测序及表达研究.以高温中性蛋白酶产生菌地衣芽孢杆菌XJT9503基因组DNA为模板,通过PCR扩增,获得特异性片段.经测序分析,其具有一个942 bp的蛋白酶完整阅读框.通过表达载体构建,获得质粒pPL-tnp,并转化至蛋白酶缺失受体菌枯草芽孢杆菌AB97013,经表达验证其蛋白酶最适作用温度和pH与出发菌相符.证明研究获得了高温中性蛋白酶基因及表达质粒pPL-tnp,并正确表达.     

枯草芽孢杆菌高效表达系统的构建

【目的】优化枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)启动子和表达宿主,构建其高效的表达系统,为重组枯草芽孢杆菌的研究和应用奠定基础。【方法】以β-半乳糖苷酶编码基因为报告基因,以诱导型的枯草芽孢杆菌麦芽糖操纵元启动子为调控元件、大肠杆菌-枯草芽孢杆菌穿梭质粒为载体骨架,构建枯草芽孢杆菌高效表达载体pGJ222,将其电转化到B.subtilis 1A747菌株后进行诱导表达试验和葡萄糖抑制试验。利用同源重组的方法,用枯草芽孢杆菌组成型启动子P43替换了B.subtilis野生型菌株1A747麦芽糖操纵元的上游调控序列,得到优化重组表达宿主菌B.subtilis BCYL,将pGJ222转入B.subtilis BCYL后,对优化的表达系统进行诱导表达试验和葡萄糖抑制试验。分别用PCR扩增大肠杆菌和枯草芽孢杆菌维生素B12合成前期途径的谷氨酰-tRNA合成酶编码基因hemA,构建其表达载体,并将其转化B.subtilis BCYL中进行诱导表达检测。【结果】成功构建了枯草芽孢杆菌高效表达载体pGJ222,并实现了β-半乳糖苷酶的高效表达,其表达量占总可溶性蛋白的18%;质量分数5%的麦芽糖诱导24hβ-半乳糖苷酶活达到16U/mL。成功获得了优化重组表达宿主菌B.subtilis BCYL,其可使β-半乳糖苷酶活性有大幅度提高,在质量分数5%麦芽糖诱导24hβ-半乳糖苷酶活达到21U/mL,葡萄糖的抑制作用明显减弱。【结论】通过对启动子和表达宿主的优化,获得了枯草芽孢杆菌高效表达系统,为枯草芽孢杆菌基因工程研究提供了有力工具。     

短小芽孢杆菌胶原蛋白酶基因COla的克隆及序列分析

根据芽孢杆菌(Bacillus)胶原蛋白酶基因序列保守区域设计一对兼并引物,采用PCR法获得胶原蛋白酶产生菌短小芽孢杆菌(B.pumilus) Col-J株胶原蛋白酶基因保守片段.序列分析表明,该片段与枯草芽孢杆菌(B.subtilis)基因组序列AL009126中编码胶原蛋白酶基因序列高度同源.参考该序列,获得了短小...     

枯草芽孢杆菌224 yplQ基因敲除及其对溶血性的影响

为了确定枯草芽孢杆菌224(Bacillus subtilis 224,BS224)的溶血基因或引起溶血的主效基因,以枯草芽孢杆菌224基因组DNA为模板,用PCR方法分别扩增yplQ基因上游约1.0 kb和yplQ基因下游0.5 kb两段DNA序列,并以携带新霉素抗性基因的重组质粒pMD18-T-neo为骨架,构建基于yplQ基因位点的基因阻断质粒pMD18-T-neo-yplQ,线性化后电转化至枯草芽孢杆菌224,通过新霉素抗性平板得到36个neor抗性转化子,基因组PCR鉴定和核苷酸测序证明,确定yplQ18为yplQ基因缺失菌株,将其接种到5%的绵羊血琼脂平板上进行溶血性检测,仍能引起溶血。结果表明,单独敲除枯草芽孢杆菌224染色体上yplQ基因对菌株的溶血性无影响或影响不大。     

枯草芽孢杆菌3610 ClpQY基因缺失突变株的构建及其功能

为了验证枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)中Clp QY基因的功能,以枯草芽孢杆菌基因组为模板,PCR扩增出Clp QY基因上下游同源序列840 bp和983 bp的片段,并与自杀质粒p MAD载体连接,构建重组质粒p MADup-down,运用化学转化法通过枯草芽孢杆菌菌株PY79,采用LOOP IN和LOOP OUT的方法,获得不带抗性,且Clp QY完全敲除的枯草芽孢杆菌3610菌株。产孢试验表明,该基因在芽孢生成中为非必需基因,而在生物膜的形成过程中具有调节作用。高温生长试验显示,该基因对细胞逆境条件下的生长存在一定的调控功能。     

产青霉素G酰化酶工程菌的构建

【目的】构建表达巨大芽孢杆菌青霉素G酰化酶(PGA)的枯草芽孢杆菌工程菌.【方法】首先采用PCR从巨大芽孢杆菌基因组DNA中扩增出长度为2 409bp的PGA编码基因,经琼脂糖凝胶电泳检测及DNA测序验证后,再将其与枯草芽孢杆菌穿梭表达载体PMA5(7.5kb)连接后导入到枯草芽孢杆菌10397中表达,并通过聚丙烯酰胺琼脂糖凝胶电泳(SDS-PAGE)检验其能否表达.【结果】构建了9.9kb大小的PMA5-PGA重组质粒,经SDS-PAGE验证,青霉素酶基因在枯草芽孢杆菌10 397中作出表达.基因工程菌在37℃、220r/min培养36h发酵条件下,所产PGA的酶活可达到12.426U/mL,比巨大芽孢杆菌发酵产PGA酶提高了5.26倍.【结论】所构建的枯草芽孢杆菌是青霉素G酰化酶的高产工程菌.     

链霉菌TRM SA0054 Tubercidin 合成基因簇挖掘

【目的】评估菌株TRM SA0054的代谢潜力,解析其基因组信息研究该菌株次级代谢产物基因资源。【方法】采用Illumina Hiseq测序平台对菌株TRM SA0054进行全基因组测序,并进行生物信息学分析,采用现代分离纯化方法检测鉴定其代谢产物。【结果】菌株TRM SA0054基因组大小为7.2 Mb,共有6 410个蛋白编码基因,GC含量为73.16%;预测到26个次级代谢基因簇,其中Region 36.1基因簇与Tubercidin(杀结核菌素)基因簇相似性为81%,菌株TRM SA0054发酵能够产生Tubercidin。【结论】基于基因组挖掘和LC-MS检测验证菌株TRM SA0054具有产生Tubercidin的能力。     

泡菜源植物乳杆菌HY41产细菌素性质及其基因簇挖掘

植物乳杆菌是食品生产中常用益生菌和发酵剂之一,在改善肠道菌群、维持肠道微环境平衡、增强胃肠消化吸收等方面具有重要作用。植物乳杆菌所产细菌素是天然防腐剂,具有应用价值。研究旨在进一步探究产细菌素植物乳杆菌HY41(GenBank序列号：OK355401.1)潜在适用性和安全性。发现该菌株在酸碱、热、紫外照射和有机溶剂作用下仍保持较高抑菌活性,可被蛋白酶K、木瓜蛋白酶以及碱性蛋白酶完全灭活,证明其为蛋白类物质,生物安全性良好。菌株HY41具有广谱抑菌特性且细菌素分子质量在3.3～5.8 ku。全基因组测序结果表明,菌株HY41基因组长度为2 473 086 bp,基因组平均GC含量46.02%。不存在抗生素抗性基因和毒力基因,存在两种Ⅱ类细菌素Pediocin PA和Pediocin基因。基因编码产物均为亲水蛋白,二级结构均以α-螺旋为主,三级结构与Pediocin PA-1 M31L和Ped B晶体结构最为接近。综上,通过挖掘植物乳杆菌HY41所产细菌素性质及其细菌素基因,证明植物乳杆菌HY41是一株具有潜在适用性和安全性的天然生物防腐培养物。     

金鱼源维氏气单胞菌JY01全基因组测序及生物信息分析

维氏气单胞菌(Aeromonasveronii JY01)是从福州某养殖场内金鱼烂尾、腐皮和溃疡等病灶处分离出的1株革兰氏阴性优势菌。为了解其基因组结构及功能特征,基于IlluminaPE150和Pacbio测序平台对维氏气单肥菌菌株JY01进行全基因组测序,并对测序数据进行组装和组分分析,利用生物信息学手段进行基因预测与功能注释、同时预测致病因子和耐药基因。结果表明:维氏气单肥菌菌株JY01基因组序列长度为4.97Mb,GC含量为58.17%;共预测到4 601个编码基因、31个rRNA、16个基因岛及124个tRNA;其中,3 461个基因在COG中获得注释,3 082个基因聚集到GO聚类分析中,4 345个基因在KEGG代谢通路中富集,预测维氏气单胞菌菌株JY01携带13种毒力因子包含240个相关毒力基因及9大类抗生素耐药性包含175个抗生素耐药基因。     

地黄促生内生尖孢镰刀菌GG22基因组结构分析

通过高通量测序分析1株能够促进地黄生长及次生代谢产物积累的内生尖孢镰刀菌的基因组结构,推测其内生及促生机制.使用Illumina Hiseq X ten双端测序技术对内生真菌GG22进行基因组测序,并进行生物信息学分析.分析结果,共得到17296个预测的基因,其中基因的总长度26937813 bp,平均基因长度为1557.4 bp.与KOG、KEGG、Swiss-Prot、TrEMBL、Nr及Pfam常用功能数据库进行BLAST比对,共有17202个基因得到功能注释,注释率为99.46％,其中有3801个基因注释到KEGG数据库中;7431个基因注释到KOG数据库中;11548个基因注释到Pfam数据库中;9007个基因注释到Swissprot数据库中;17201个基因注释到TrEMBL数据库中,且分别有881、5247、158个基因被注释到CAZyme、PHI、TCDB数据库.基因功能分类分析发现,尖孢镰刀菌GG22的细胞运动和细胞外结构不发达,这可能是其成为地黄块根寄生内生菌的原因之一.基因簇分析得出,GG22可能能够产生碧卡维林等化合物而抑制其他微生物的生长,同时保护寄主植物免受其他病原菌的侵害,成为地黄促生内生真菌.通过对GG22基因组结构进行分析,初步获得了其内生性生物学基础,为进一步阐明其促进地黄生长及次生代谢产物积累奠定了基础.     

枯草芽孢杆菌B111中性蛋白酶基因BS2在毕赤酵母中的表达

 【目的】为开发抗病基因和生物农药新资源,纯化鉴定枯草芽孢杆菌B111分泌的抗棉花黄萎病菌蛋白质,克隆其编码基因,并分析在毕赤酵母中的表达特性。【方法】通过超滤浓缩、90%硫酸铵沉淀、葡聚糖凝胶QAE-A50强阴离子交换柱洗脱及冻干等步骤,分离纯化抗菌蛋白。采用联机反相毛细管柱液相色谱电喷雾串联质谱,鉴定抗菌蛋白种类。克隆包含前导区序列在内的抗菌蛋白基因序列,构建表达载体pPIC9K-PT,转化毕赤酵母GS115。转化子经PCR鉴定,甲醇诱导表达产物经中性蛋白酶活性和抗菌活性检测验证功能。【结果】纯化鉴定了一个来源于枯草芽孢杆菌B111的抗菌中性蛋白酶BS2。克隆了包含前导区序列在内的抗菌蛋白基因BS2,并在毕赤酵母中获得有效表达。重组BS2蛋白分子量约69 kD,表达水平29.77 mg?L-1,水解酪素酶活力27 800 U?g-1,并显示抗黄萎病菌活性。【结论】纯化鉴定了一个具有抗菌活性的枯草芽孢杆菌中性蛋白酶BS2,克隆其编码基因BS2,并成功实现在酵母中的有效表达。     

枯草芽孢杆菌subtilis str.168双精氨酸途径分泌蛋白预测及功能分析

[目的]对枯草芽孢杆菌subtilis str.168双精氨酸转运途径(Tat)分泌蛋白进行预测和功能分析。[方法]从NCBI中选取枯草芽孢杆菌subtilis str.168基因组注释的蛋白质氨基酸序列,然后用Signal P 4.0、Lipo P、Tat P、TMHMM 2.0软件分析该基因组中双精氨酸途径的分泌蛋白,同时采用COG功能数据库对预测的分泌蛋白进行功能注释和聚类分析。[结果]通过分析发现108个有motif没有酶切位点的Tat信号肽蛋白、25个有酶切位点没有motif的Tat信号肽蛋白、124个既有酶切位点也有motif的Tat信号肽蛋白,其中105个蛋白归为Tat途径的分泌蛋白。[结论]对枯草芽孢杆菌Tat途径分泌蛋白的基因组预测和功能分析,将为分析该菌胞外蛋白的分泌机制打下基础。     

利用抑制消减杂交技术分离酱香风味的相关基因

为了更好地开发利用酱香酒的微生物资源和解释酱香风味的形成机制,以产酱香的枯草芽孢杆菌E20菌株为试验方(tester)、不产酱香的枯草芽孢杆菌10075菌株为驱动方(driver),采用抑制消减杂交技术(suppression subtracted hybridization,SSH)比较其在基因组的差异,对获得的差异片段进行测序及生物信息学分析。结果表明:文库基因测序初步获得77个差异基因片段。获取准确的注释有65个代谢物,平均相似度98%。其中,26个为酶。这些酶与乙偶姻、乙酰乳酸合成酶(alsS)基因、乙酰乳酸脱羧酶(alsD)基因及其相关代谢存在一定的联系,还与美拉德反应相关的反应物存在一定的关系。