布魯氏菌RB51全基因組序列的初步分析.pdf

1、布魯氏菌病是由布魯氏菌屬的細(xì)菌侵入機(jī)體,進(jìn)而引起傳染變態(tài)反應(yīng)性的人畜共患傳染病。布魯菌可感染人類、多種家畜和野生動(dòng)物,導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問(wèn)題。目前,接種疫苗仍然是布魯氏菌病的主要防控手段。RB51是當(dāng)前北美應(yīng)用最為廣泛的疫苗,最初由光滑型牛布魯氏菌2308株,經(jīng)體外反復(fù)傳代,并經(jīng)利福平和青霉素的篩選獲得,RB51是非常穩(wěn)定的 R型菌株,是當(dāng)前北美應(yīng)用最為廣泛的疫苗,相對(duì)于2308株,RB51在其基因組 wboA基因(編碼

2、糖基轉(zhuǎn)移酶)中插入了一段 IS711序列,大量實(shí)驗(yàn)表明 RB51菌株還存在除 wboA基因外其他的基因變異。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)應(yīng)用測(cè)序分析技術(shù),研究 RB51菌株全基因組序列,為布病的治療、診斷、機(jī)制研究以及疫苗的開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)。現(xiàn)將主要研究成果報(bào)告如下:
　　目的:本實(shí)驗(yàn)致力于全面解讀RB51的基因組信息,明確其主要的功能基因,并通過(guò)跟其原始菌株S2308的比較進(jìn)一步確定其活性和毒力相關(guān)基因之間的差別,為布病疫苗的開(kāi)發(fā)指明研究方向。<

3、br>　　方法:通過(guò)新一代深度測(cè)序(hiseq2000)快速檢測(cè)RB51全基因組序列,運(yùn)用快速的分析方法(SOAPdenovo、Glimmer等軟件)對(duì)測(cè)序得到的序列信息進(jìn)行合理分類和注釋,并與S2308進(jìn)行比較明確功能基因之間的差別。
　　結(jié)果:1.全基因組概況:通過(guò)基因預(yù)測(cè)、重復(fù)序列預(yù)測(cè)、非編碼 RNA預(yù)測(cè)等方法獲取測(cè)序菌株基因組的組成情況?；蚪M組分分析后發(fā)現(xiàn),RB51-1的基因組含有3,283個(gè)基因,總長(zhǎng)度為2,797,3

4、47 bp,平均長(zhǎng)度852 bp,占基因組全長(zhǎng)的85.91％。串聯(lián)重復(fù)序列共80個(gè),總長(zhǎng)為6,564 bp,占基因組全長(zhǎng)的0.2016%,小衛(wèi)星序列54個(gè),微衛(wèi)星序列12個(gè)。tRNA49個(gè),rRNA3個(gè)。
　　2.基因組功能注釋:本實(shí)驗(yàn)通過(guò)8大數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)RB51基因組進(jìn)行了注釋。
　　(1)GO數(shù)據(jù)庫(kù)注釋結(jié)果:GO數(shù)據(jù)庫(kù)種所對(duì)應(yīng)的基因,其中個(gè)與細(xì)胞學(xué)組件的構(gòu)成有關(guān)個(gè)與分子功能有關(guān),個(gè)對(duì)應(yīng)生物學(xué)途徑,說(shuō)明此基因組中60%的基因參

5、與生物學(xué)組件的構(gòu)成,只有10%的基因參與生物學(xué)途徑的表達(dá),從而說(shuō)明真正影響功能和代謝途徑的基因占比較少;
　　(2)KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)注釋結(jié)果:有2131基因參與代謝通路,分布在147個(gè)代謝通路;
　　(3)SwissPort數(shù)據(jù)庫(kù)注釋結(jié)果:共有1501個(gè)基因可以對(duì)應(yīng),確定了同源性物種的來(lái)源,并明確了這些基因所對(duì)應(yīng)的蛋白信息;
　　(4)COG數(shù)據(jù)庫(kù)注釋結(jié)果:得到2570個(gè)基因與其對(duì)應(yīng),此實(shí)驗(yàn)明確了此類基因的信息,并將其歸

6、口與22類COG種,從而推測(cè)出這些單倍序列的功能;
　　(5)病原與宿主互作數(shù)據(jù)庫(kù)(PHI)注釋結(jié)果:20個(gè)基因可以預(yù)期對(duì)應(yīng),說(shuō)明本基因組中有20個(gè)基因與宿主之間的相互作用有關(guān);
　　(6)細(xì)菌致病菌毒力因子(VFDB)注釋結(jié)果:得到75個(gè)基因預(yù)期對(duì)應(yīng),說(shuō)明本基因組中含有75個(gè)與毒力有關(guān)的基因;
　　(7)耐藥基因(ARDB)注釋:到一個(gè)跟耐藥相關(guān)的基因可以與其對(duì)應(yīng),明確了系基因的名稱及對(duì)應(yīng)的抗生素種類。
　　(

7、8)NR數(shù)據(jù)庫(kù)注釋結(jié)果:通過(guò)跟NR數(shù)據(jù)庫(kù)的比對(duì),共有3261個(gè)基因可以對(duì)應(yīng),為后期預(yù)測(cè)基因及研究這些基因的功能和意義提供數(shù)據(jù)支持。
　　3.比較基因組分析:
　　(1)通過(guò)與參考序列B.abortus2308進(jìn)行比對(duì),RB51-1基因組共發(fā)現(xiàn)135個(gè)SNP,其中同義突變26個(gè),非同義突變89個(gè)。通過(guò)與參考序列 B.abortus2308進(jìn)行比對(duì), RB51-1基因組共發(fā)現(xiàn)5個(gè)插入突變,3個(gè)缺失突變,CDS區(qū)沒(méi)有InDel發(fā)生

8、;
　　(2)在發(fā)生突變的SNP和InDel位點(diǎn)中,有1個(gè)SNP位點(diǎn)和2個(gè)InDel位點(diǎn)可能與RB51-1的毒性相關(guān)(表5-3,5-4),這些基因能和VFDB比對(duì)上;
　　(3)在RB51-1的Scaffold4中發(fā)現(xiàn)了一段插入序列,插入的位點(diǎn)為122,559-129,801,長(zhǎng)度為5242bp。這段序列定位在B.abortus2308881,899bp處,該片段包含了6個(gè)預(yù)測(cè)的基因,其中2個(gè)與亞硝酸鹽代謝相關(guān),3個(gè)和蔗糖代

9、謝相關(guān),還有1個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)相關(guān);
　　(4)YP_413569.1蛋白序列在有毒株B.abortus2308和B.abortus9-941存在6個(gè)copy的長(zhǎng)串聯(lián)重復(fù)這個(gè)串聯(lián)重復(fù)刪除的現(xiàn)象也出現(xiàn)在了其他宿主的毒性菌株中,所以這個(gè)缺失與菌株的毒性有無(wú)關(guān)聯(lián)還需要實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。
　　結(jié)論:通過(guò)本實(shí)驗(yàn)對(duì)RB51菌株的基因組信息進(jìn)行了完全注釋和分析,并且與其前體菌株S2308進(jìn)行了比較,找到了與毒力和活力相關(guān)的影響基因,為后期疫苗的開(kāi)