基于CRISPR数据库的病原菌菌株CRISPR结构分析

摘要

成簇的规律间隔短回文重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromicrepeats，CRISPR)是大多数细菌和古菌在生存压力下进化出的一套抵抗噬菌体干扰的防御系统。本研究首先根据VFDB、PHI-base和NMPDR病原菌数据库确定了CRISPR数据库中2612株细菌中的549株病原菌菌株。然后通过BLAST比对，对病原菌菌株和总菌株的CRISPR结构中的间隔序列单元数和间隔序列的来源进行了比较分析。最后通过clustalw、MEGA5.0软件和RNAstructure网站，对在病毒数据库中比对成功的50株病原菌菌株的109个CRISPR位点进行侧翼序列的多序列对比和重复序列的RNA二级结构预测。
　　对病原菌菌株和总菌株的CRISPR结构中的间隔序列数量单元和间隔序列来源的比较分析结果显示:病原菌菌株的CRISPR结构和总菌株存在差异，具体表现为，含有CRISPR结构的菌株在病原菌菌株中的比例为48.5％，略高于总菌株中的比例;间隔序列的数量在总菌株和病原菌菌株中的差异显著，病原菌菌株间隔序列分布情况均低于细菌的平均水平;病原菌菌株CRISPR结构中病毒来源的间隔序列比质粒来源所占比例大。
　　对50株病原菌菌株的109个CRISPR位点的侧翼序列的多序列比对和RNA二级结构预测结果显示:可以将109个CRISPR位点分为5个组，但相同病原菌菌株不同CRISPR位点的侧翼序列在进化中呈现不同的分组。同时也在侧翼序列中找到一段富含AT的前导序列。根据侧翼序列的分组，比较组内重复序列特征，发现病原菌菌株的侧翼序列和重复序列存在相关性。大部分病原菌菌株的重复序列的RNA二级结构是以环为主的茎环结构，那么间隔序列与外源DNA或RNA发生作用通常是通过单个的“repeat-spacer”单元完成。
　　通过对病原菌CRISPR结构的分析，对理解病原菌的生活和获得性免疫防御系统提供了基础数据，也可以为动物、植物和人体病原菌的致病性研究提供指导和帮助。

目录

摘要

缩略词表(Abbreviation)

第一章 文献综述

1．关于CRISPR研究的回顾

2．CRISPR的基本结构

2．1 重复序列

2．2 间隔序列

2．3 前导序列

2．4 Cas基因

3．CRISPR系统的作用机制

3．1 适应阶段：新间隔序列的获取

3．2 表达阶段：CRISPR的转录和加工

3．3 干扰阶段：crRNA干扰入侵核酸

3．4 区分自我和非我

4．CRISPR-Cas系统与细菌和噬菌体的共进化

4．1 CRISPR系统与细菌-噬菌体相互作用关系

4．2 噬菌体针对CRISPR／cas系统的逃逸机制

5．CRISPR系统的应用

5．1 利用CRISPR位点进行细菌分型

5．2 基于CRISPR位点的细菌进化分析

5．3 基于CRISPR／cas9系统的基因编辑技术

5．4 利用CRISPR／Cas系统改造抵抗噬菌体感染的工业用菌

6．CRISPR／Cas系统与细菌毒力的相关性研究

7．CRISPR研究的网络资源

8．展望

引言

1．1 数据来源和菌种信息

1．2 采用的生物信息学软件及网络服务器

2 实验方法

2．1 病原菌菌株的确定

2．2 CRISPR结构的识别与分析

2．3 间隔序列的获取

2．4 间隔序列来源分析

2．5 病原菌菌株CRISPR侧翼序列的选取与分析

2．6 病原菌菌株重复序列RNA二级结构的预测

第三章 结果与分析

1．病原菌菌株与CRISPR数据库中菌株CRISPR的对比分析

1．1 菌株中CRISPR结构的分布比较

1．2 CRISPR结构中间隔序列的特征

1．3 细菌间隔序列来源分析

2 病原菌菌株CRISPR结构信息

2．1 病原菌菌株间隔序列来源

2．2 病原菌菌株CRISPR结构的分布

3．病原菌菌株CRISPR侧翼序列的多序列比对

4 病原菌菌株CRISPR重复序列的二级结构预测

第四章 讨论

1．病原菌菌株与CRISPR数据库中菌株CRISPR的对比分析

2．病原菌菌株CRISPR结构分析

第五章 全文总结

参考文献

附录

硕士期间已发表及待发表论文

致谢

声明