比较基因组及代谢组对酮古龙酸杆菌及其伴生菌的解析

摘要

剖析酮古龙酸杆菌Ketogulonigenium vulgare的多样性代谢机制及不同伴生菌株的作用机制是优化维生素C工业生产的两个重要方面。本文利用基因组与代谢组结合的方式解析VC生产菌株的特性及多样代谢途径，为其工程改造奠定理论基础。
　　K. vulgare作为VC二步发酵生产菌株，单独生长较弱，需要伴生菌促进其生长。本文对其进行全基因组测序以尝试对该菌株的多样性代谢及其与伴生菌的共生机制进行研究。研究发现，K. vulgare在五种碳源（L-山梨糖、D-山梨醇、D-甘露醇、D-葡萄糖、D-果糖）中的生长差异较大，K. vulgare在D-山梨醇和D-甘露醇中的生长较在其L-山梨糖中分别提高62.97％和40.72%。借助代谢组学耦合基因组分析发现，在山梨醇及甘露醇中培养的K. vulgare菌株在TCA循环、氨基酸代谢、核酸物质合成方面较其在山梨糖中培养时有明显增强。
　　苏云金芽孢杆菌Bacillus thuringiensis和内生芽孢杆菌Bacillus endophyticus都可以作为VC二步发酵的伴生菌使用。基因组分析表明，B. thuringiensis Bc601由染色体和六个环状质粒组成。质粒中包含的基因主要编码转座子、转录调节因子、重组酶、Ⅶ型分泌蛋白和细胞表面蛋白；此外，质粒还编码硫胺素合成蛋白、ATP酶和鞭毛合成蛋白参与营养物质合成。B. endophyticus Hbe603由一个染色体和八个环状质粒组成，与巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium有最高相似度。基因组功能研究发现，B. endophyticus Hbe603在转录调节、膜运输、细胞外蛋白质和营养物合成等方面能力较强；尤其是它有维生素B12合成和山梨糖醇代谢特定通路。在正交平板涂布实验中，B. thuringiensis有沿K. vulgare爬动的现象，而B. endophyticus并不沿K. vulgare爬动。对两菌进行比较基因组分析，揭示了两种芽孢杆菌不同的伴生机制主要与响应外部环境和营养物质合成能力有关。在响应外界环境的能力上，B. thuringiensis Bc601比B. endophyticus Hbe603拥有更多双组分体系、孢子形成和肽聚糖合成相关蛋白；在营养物质合成能力上， B. endophyticus Hbe603比B. thuringiensis Bc601具有更多的α-半乳糖苷酶、谷胱甘肽和磷酸肌醇代谢、氨基酸降解相关蛋白。

目录

声明

前言

第一章 文献综述

1.1 VC混菌体系的分析与改造

1.2 比较基因组学的发展

1.3代谢组学的应用

1.4 本文的主要研究内容及意义

第二章 材料与方法

2.1发酵实验材料和分析方法

2.2 基因组测序及分析方法

2.3 胞内代谢物的测定与分析方法

第三章 酮古龙酸杆菌的代谢机制研究

3.1酮古龙酸杆菌的基因组分析

3.2 酮古龙酸杆菌的代谢网络分析

3.3 小结

第四章 VC生产伴生菌的比较基因组分析

4.1 苏云金芽孢杆菌B. thuringiensis Bc601基因组学分析

4.2 内生芽孢杆菌B. endophyticus Hbe603基因组学分析

4.3 比较分析两株芽孢杆菌的伴生作用

4.4小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢