節(jié)旋藻-螺旋藻基因組特性初探及硝酸鹽轉運蛋白基因克隆與序列分析.pdf

1、節(jié)旋藻／螺旋藻(Arthrospria/SPirulina)因其重要的經濟價值和特殊的生物學性質而受到廣泛關注。雖然其分子遺傳學研究開展較早，但與其它已測序模式藍藻集胞藻(Synechocystis)PCC 6803、聚球藻(Synechococcus sp．)WH 8120、魚腥藻(Anabaena)PCC 7120和念珠藻(Nostoc punctiforme)等相比，其研究進展十分緩慢。目前已克隆并發(fā)表的節(jié)旋藻基因僅30多個，有關

2、節(jié)旋藻基因組學研究尚屬空白，對節(jié)旋藻基因組特性更加缺乏了解。本研究針對節(jié)旋藻自身結構和成分上的特點，通過優(yōu)化實驗方法構建了極大節(jié)旋藻(Arthrospria maxima．)FACHB438高分子量、高覆蓋率的基因組fosmid文 庫。該文庫含有4300個克隆，重組頻率是97.1[％]，插入片段平均大小為36.1kb，覆蓋了節(jié)旋藻基因組的27.9倍。高分子量、高覆蓋率節(jié)旋藻基因組文庫的構建為物理圖譜的繪制及最終全基因組測序奠定基礎，同時

3、也為開展比較基因組學、基因定位克隆等研究奠定基礎。 以序列標簽位點(STS)為路標構建重疊群圖譜是目前最普遍、最經典、分辨率最高的物理作圖方法。本研究隨機挑選了100個克隆進行雙末端測序，并挑選了14對特異性的STS序列設計引物，以1536個克隆為模板，根據(jù)STS-PCR反 應池方案篩選了127個種子克隆，根據(jù)這些克隆之間的重疊位置關系拼接了4 個連續(xù)的重疊克隆群，為最終節(jié)旋藻物理圖譜的繪制奠定了基礎。 同時，又隨機挑選

4、了一些克隆進行末端測序，共得到602個高質量的序列。這些序列總長為307，547bp，覆蓋節(jié)旋藻基因組5.70[％]。序列相似性分析篩查到287條序列與已知功能的基因高度匹配，63條為假說蛋白(hypothetical protein)基因，另外發(fā)現(xiàn)了252條新基因，比例高達41.8[％]。密碼子和GC含量分析表明：極大節(jié)旋藻密碼子使用沒有明顯的偏倚性，密碼子第一、二、三位GC含量分別為46.9[％]，39.8[％]和45.5[％]，基

5、因組GC含量為43.6[％]；節(jié)旋藻基因組和編碼區(qū)的GC含量與絲狀藍藻魚腥藻PCC 7120和念珠藻(Nostoc punctiforme)相近，與單細胞的藍藻相差較大。對已知功能的基因進行KEGG分類,共參與17種不同的代謝途徑,其中參與復制、修復,信號轉導,碳代謝等途徑的基因較多。同時,發(fā)現(xiàn)有25個序列編碼來自于同一物種的反轉錄酶,進一步分析表明它們屬于一個同源簇基因,推測該基因在節(jié)旋藻細胞中可能以高拷貝的形式存在,在節(jié)旋藻進化及代

6、謝調控方面可能發(fā)揮重要作用。同時發(fā)現(xiàn)編碼二元信號轉導系統(tǒng)(two-component singal transdution,TCST)和ABC(ATP-binding cassette)轉運系統(tǒng)基因家族元件的序列也相對較多。本研究又對節(jié)旋藻硝酸鹽/亞硝酸鹽轉運系統(tǒng)中的轉運蛋白基因進行了克隆和序列分析,該基因長1515 bp,編碼504個氨基酸,其中疏水性氨基酸含量較高,達47.6[％],推測該序列含有12個跨膜α螺旋區(qū),同時也發(fā)現(xiàn)了保守

7、的蛋白激酶C識別基序。該基因的密碼子存在明顯的簡并和偏倚特性;與其它六種藍藻以及鹽藻、萊茵衣藻和擬南芥進行序列相似性分析,結果節(jié)旋藻與同屬顫藻門的束毛藻(Trichodesmium erythraeum)WH 9601相似性最高,達73.3[％],與集胞藻(Crocosphaera sp.)WH 8501和絲狀藍藻念珠藻(Nostoc.punctiforme)PCC 73102相似性次之,分別為65.9[％]和59.8[％]?；虻南到y(tǒng)