胡萝卜果胶杆菌胡萝卜亚种全基因组三代测序及分析

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植物细菌性软腐病是一类危害程度高且无有效生物防治手段的疾病,其主要致病菌之一胡萝卜果胶杆菌由于分布广泛和最具多样化而备受关注。本研究以胡萝卜果胶杆菌胡萝亚种PC1菌株为研究对象,首先应用SMRT第三代测序技术对其进行全基因组测序,使用Pac Bio RS II测序仪获取的测序数据组装得到高质量且无间隔的PC1全基因组,序列全长为5 303 871 bp,GC含量为51.7%,包含1条完整的闭环染色体。以NCBI上PC1二代测序结果作为参考序列(NC_012917.1),调整确定PC1菌株序列起始位点,并进行参考基因组比对。下机数据甲基化分析结果显示PC1中主要存在三种m6A甲基化修饰。其次利用常规基因组注释流程对PC1基因组进行完整注释并绘制基因组圈图。基因组组分分析中,预测得到5 060个CDS、78个t RNA、22个r RNA及48个串联重复序列。与6大数据库(NR、Swiss-Prot、Pfam、Egg NOG、GO和KEGG)进行基因组基础比对和功能注释。可移动元件分析预测到17个基因组岛、3个前噬菌体和9个CRISPR-Cas区域。代谢系统分析中,获得144个碳水化合物活性酶相关基因信息及5组次级代谢产物合成基因簇。致病系统分析预测到575个毒力因子基因、304个耐药基因、774个病原基因、7种分泌系统、422个分泌蛋白、1 103个转运蛋白、1 109个跨膜蛋白及22对双组分调控系统信息。此外,与参考基因组比对过程中出现的3个gap中包含的编码基因中存在:6个基因组岛、1个前噬菌体、7个碳水化合物酶相关基因、18个毒力基因、5个耐药基因、15个病原体与宿主互作相关基因、2组不同类型的分泌系统基因及1对双组分调控系统。最后从亚种及种水平选取六株近缘菌,从多方面对PC1进行比较基因组分析。平均核苷酸一致性(ANI)分析结果显示PC1与同亚种的BP201601.1之间的ANI值最高,亲缘关系最接近。基于ANI值结果绘制进化分类树,显示四株胡萝卜果胶杆菌被归到同一簇中。共线性比对结果显示在亚种水平上PC1基因组与其他亚种的共线性较好,与同亚种的BP201601.1共线性差异最小,整体基因组排布最相似。从两种水平分别进行基因家族聚类分析,并绘制可视化视图,其中PC1在两种水平上特有的基因家族均为28个。关键致病基因分析统计得到三类细胞壁降解酶相关基因,其中编码果胶酶功能的基因19个,编码纤维素酶类合成的基因25个,编码蛋白酶合成的基因22个,细胞壁降解酶类相关基因在果胶杆菌属中均高度保守。本文应用多种生物信息学分析手段对PC1基因组进行了完整的全基因组注释,其中二代注释中未涉及的重要功能基因及比较基因组分析获得的特有基因、关键致病基因可作为后续试验分析的重点研究对象。本研究为胡萝卜果胶杆菌研究者提供了序列拼接及基因组注释参考,也为专一性软腐病生物防治杀菌剂的开发和研究提供了理论基础。
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