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雄烯二酮(androst-4-ene-3,17-dione,AD)是甾体激素药物生成过程中不可缺少的中间体,几乎所有的甾体激素药物都是以其作为起始原料进行生产的。目前在全世界范围内,AD做原材料生产的医药品种不断增加,为世界上的广大患者带来了福音。目前AD的制备方法主要有化学合成法与微生物转化法。由于微生物转化法具有反应条件温和、周期短、高效、环境友好等特点故被广泛应用。本研究以实验室前期通过诱变获得的一株能在较高浓度底物下生长且转化能力较出发菌株提高的突变株新金分枝杆菌MN4及出发菌株MN2为研究对象,通过Illumina高通量测序技术对相关菌株的全基因组和转录组等进行分析,研究新金分枝杆菌MN4高产及耐底物机制,以期为深入研究两株菌的遗传背景信息、甾醇降解生产AD机制以及耐底物高产机制、分子育种等奠定基础。本研究结果如下:1.新金分枝杆菌(Mycobacterium neoaurum)MN2与MN4全基因组测序及功能注释采用Illumina Hiseq 2500测序平台,对Mycobacterium neoaurum MN2与Mycobacterium neoaurum MN4进行全基因组测序,测序分别获得14 Mb和8.1Mb的原始数据,采用Velvet软件对测序获得的序列进行从头组装得到43个和33个Contigs。基因组序列提交NCBI数据库,登录号分别为JXYZ00000000和LQMX00000000。Mycobacterium neoaurum MN2与Mycobacterium neoaurum MN4的基因组大小为5,390,529bp、5,421,27bp,GC含量都为66.9%。Mycobacterium neoaurum MN2与共编码4890个CDS,46个t RNA和6个r RNA操纵子;Mycobacterium neoaurum MN4共编码4920个CDS,46个t RNA和6个r RNA操纵子。2.Mycobacterium neoaurum MN2与MN4比较基因组分析基因组的序列分析主要包括:COG注释、GO注释,次级代谢产物分析、变异检测,以及植物甾醇降解相关基因分析等。通过将所有的基因编码的蛋白序列与COG数据库和Inter Pro Scan数据库进行比对,然后按照分类标准将蛋白进行分类,结果显示大量株菌中存在的基因集中于代谢、转录、生物合成等过程,表明菌株代谢活动较为活跃。通过KEGG注释以及比较分析的方法重建了两株菌的各个代谢途径,着重分析了甾醇降解途径涉及到的关键基因。使用GATK与SAMTOOLS软件将MN4基因组的reads mapping到MN2的基因组中进行变异检测,共发现184个突变;发现与甾体母核降解的相关基因胆固醇氧化酶Cho M 1及侧链?氧化过程中Fad E family、Fad B family、Fad Afamily等基因发生突变。3.Mycobacterium neoaurum MN2与MN4比较转录组学分析比较转录组的分析主要包括:表达差异量的计算、差异表达基因GO富集、差异表达基因KEGG富集。使用Bowtie2将干净数据mapping到参考基因上(MN2),采用Cufflink软件进行表达量的差异计算,共发现51个差异基因,其41个基因上调,10个基因下调,其中与甾醇降解途径相关基因CYP125A1上调。这些差异基因主要显著富集在糖代谢,脂质代谢,氨基酸代谢、能量代谢过程以及植物甾醇代谢途径。本研究对雄烯二酮生成菌株Mycobacterium neoaurum MN2和MN4进行了全基因组测序及比较基因组和转录组学分析,进行了基因预测、功能注释与聚类分析、MN4突变位点的研究及差异表达基因的研究,解析了MN4降解植物甾醇代谢的相关基因,对MN4耐底物和高产机制进行了初步研究。本研究为新金分枝杆菌合成AD途径机制提供了参考,为相关的分子育种打下很好基础。