一株糖蜜乙醇高产酵母的全基因组重测序研究

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酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是重要的实验室模式菌株,同时也是目前工业中发酵生产乙醇的最重要的菌株。该菌种在工业应用中具有发酵速度快、工艺成熟、产乙醇能力强等特点,这些优良表型背后的基因组学特征是什么,如何挖掘出这些关键基因以进一步提升其的工业应用性能仍然是目前亟待解决的问题。  本研究利用高通量二代测序技术对一株性能优良的糖蜜乙醇发酵工业酿酒酵母 MF1002菌株进行了全基因组测序。并利用 Bwa、Samtools、Blast等生物信息学分析软件进行了基因组拼接组装、基因组注释、SNP分析、基因组结构多态性分析及糖酵解途径与细胞周期调控途径中的关键基因分析。  基于野生型酿酒酵母基因组高度杂合性的特点,本研究采用了分离单倍体测序的方法。首先对该菌株进行了生孢、单倍体分离、验证试验,利用Mcclary生孢培养基诱导生孢,生孢率可达99%;通过裂解孢子囊、诱导单孢子萌发获得单倍体菌株;同时采用PCR快速验证并结合流式细胞仪倍型分析的方法对其倍型进行了鉴定,成功的分离出了酵母单倍体菌株。  测序所采用的策略是全基因组霰弹枪法(Whole Genome Shot-gun),在文库构建过程中首次采用浓度与琼脂糖凝胶电泳片段大小检测相结合的方法进行文库质量评估。文库片段大小约在250-850bp范围内,主要集中在300-550bp长度范围内,浓度一般在7-13ng/μl范围内较为合理。  数据分析主要基于Linux系统平台,利用Fastqc、Bwa、Samtools等工具对数据质量评估、低质量筛除、拼接、注释、SNP分析以及结构多态性分析。拼接组装得到16条染色体,共计11948100bp,深度49×,GC含量为38.3%;注释的到6306个基因,与模式菌株S288c比较得到67898个SNP;结构多态性分析得到303个缺失、327个插入等共计842个位置的结构变异。  以S288c及工业乙醇发酵菌株JAY-291、CAT-1的全基因组序列信息为参照,对糖酵解途径及细胞周期途径相关基因分别与 MF1002菌株的相应基因进行氨基酸序列比较,在其中分别识别出变异较大的基因10个、38个,推测其为与MF1002发酵能力与生长速度相关,可以作为该菌株基因改造的位点。
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