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放线菌酸微菌纲和嗜热油菌纲基因组系统发育分析及分子标记研究
Alternative TitlePhylogenomic and molecular markers based analyses of the class Acidimicrobiia and Thermoleophilia
胡丹玉
Thesis Advisor高贝乐
2018
Degree Grantor南海海洋研究所
Degree Name硕士
Degree Discipline海洋生物学
Keyword放线菌,酸微菌纲,嗜热油菌纲,CSIs,CSPs
Abstract酸微菌纲(Acidimicrobiia)和嗜热油菌纲(Thermoleophilia)是放线菌门下进化较早的两个分支。酸微菌纲的菌株主要分离自酸性矿水、废水污泥、淡水或海洋等多种水生环境,目前只有少数菌株被分离鉴定,而宏基因组测序表明酸微菌在淡水或海水环境中是丰度最高的放线菌类群之一。嗜热油菌纲的菌株大部分分离自热泉环境,耐高温;其余菌株多分离自土壤样品,嗜温。目前对于酸微菌纲和嗜热油菌纲的分类框架主要基于少数可培养菌株的16S rRNA序列分析,但是没有已知的分子、生理生化特征可以将酸微菌纲和嗜热油菌纲的细菌与其他细菌区分开。我们利用基因组数据,对来源于13 株宏基因组测序的菌株和7株完整测序的酸微菌纲的菌株进行串联保守蛋白进化树和基于16S rRNA 序列进化树的构建,发现酸微菌纲中除了目前已知的Iamia 和 Acidimicrobiaceae 两个科,还有3 个独立的分支与这两个科的进化地位相当,我们将其命名为:Ilumatobacter cluster, Microthrix cluster 和 Marine Acidimicrobiia cluster,应该是酸微菌纲下新的科。此外,两个进化树均显示分离自淡水环境的Actinobacteria bacterium IMCC26256 是目前已测序的酸微菌纲物种中进化最早的分支。而同样来源于淡水环境的 Actinobacteria bacterium IMCC26207 与 “Candidatus Microthrix parvicella”形成同一个进化分支,归类为Microthrix cluster。我们对酸微菌纲代表菌株进行比较基因组学分析发现了酸微菌纲以及这个纲下不同分类单元特有的两种分子标记:CSIs (Conserved Signature Indels,蛋白序列中保守的插入和缺失)和 CSPs (Conserved Signature Proteins,保守标签蛋白)。比如:在RNA聚合酶的β’亚基的高度保守区发现有6~8个氨基酸是只在酸微菌纲菌株中存在而这个纲以外的其它细菌都没有的基因组特征序列。此外,我们还发现了2 个CSIs 和 5 个CSPs 是所有酸微菌纲菌株都特有的,可以作为新型的分子标记来定义和界定酸微菌纲。我们还发现了6 个CSIs 是除了IMCC26256 以外所有酸微菌纲的菌株都含有而其它细菌没有的,说明这6 个CSIs 是在IMCC26256 形成独立分支后进化的,因此这些CSIs 可以说明部分类群的进化次序。对于这个纲下的分支,如Acidimicrobiaceae 科,Ilumatobacter cluster 和 Microthrix cluster,我们在不同蛋白序列中找到了这些亚组所特有的CSIs,为区分这些亚组提供了很好的分子标记。 我们对6株全测序和4株宏基因组测序的嗜热油菌纲的菌株以及其它一些放线菌的代表菌株构建了基于54个串联保守蛋白的进化树。结果表明嗜热油菌纲 Thermoleophilia 与红螺菌纲 Rubrobacteria 亲缘关系较近,以非常高的分值聚类在一个进化枝上, 但是没有已知的生理生化特征是这两个纲的物种所共有的。嗜热油菌纲中来源于宏基因组测序的菌株虽然没有明确的分类,但是它们构成一个独立的分支(new cluster),与已知的科进化地位相当,很可能是嗜热油菌纲的新科。由于此 new cluster 与 Solirubrobacterales目的其它科在一个大的分支下,但又独立于它们,推测其可能是 Solirubrobacterales目的一个新科。另外,我们通过系统发育进化树将两株分类地位不明确的嗜热油菌菌株定位到科:Solirubrobacterales bacterium URHD0059 属于Conexibacteraceae 科, 而Solirubrobacter sp. URHD0082 属于Solirubrobacteraceae 科。在对嗜热油菌纲的菌株的蛋白序列进行分析时,发现在整个嗜热油菌纲中特异存在的 CSIs 有20 个,CSPs 有43 个,这些CSIs 和CSPs 是包括bacterium HR41,Solirubrobacterales bacterium URHD0059,Solirubrobacter sp. URHD0082以及new cluster在内的整个嗜热油菌纲的菌株中都存在的。我们还发现了4个CSIs是嗜热油菌纲 Thermoleophilia 与红螺菌纲 Rubrobacteria所共有的,为这两个纲较近的亲缘关系提供了可靠的分子证据。此外,对于嗜热油菌纲的各个分支我们都找到了数量众多的 CSIs 和 CSPs,由于它们的特异性,可以作为新型的分子标记来定义这个纲的不同亚组,将它们与其他类群的细菌区分开。总之,我们的研究是结合16S rRNA进化树、串联保守蛋白进化树、CSIs和CSPs四种手段,对酸微菌纲和嗜热油菌纲进行的系统发育分析,是目前对于两个纲的进化关系最为全面系统的研究。
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.scsio.ac.cn/handle/344004/18051
Collection学位论文(硕士)
Recommended Citation
GB/T 7714
胡丹玉. 放线菌酸微菌纲和嗜热油菌纲基因组系统发育分析及分子标记研究[D]. 南海海洋研究所,2018.
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