低能N+注入介导的DOB细菌的nif基因突变研究

摘要

目前，随着全球土壤侵蚀、土地荒漠化状况日趋加剧，对于研究出高效、方便、快捷的防沙固沙方法则变得至关重要。在我国古尔班通古特沙漠中发现了寡营养细菌，该寡营养细菌可以制成生物菌剂喷洒在流沙表面，形成生物结皮，从而起到固沙的作用。但这种结皮很容易遭到破坏且短时间内难以修复，为了获得更加高效的寡营养固氮菌，本论文对低能 N+注入介导的沙漠寡营养细菌的固氮基因的突变进行了全面研究。
　　基于细菌基因组De novo测序的研究，本论文应用6种生物信息学方法分别从5个方面研究了3个低能N+注入介导获得的重组DOB菌的7个固氮基因的突变与进化情况，分析和探讨了nif基因的碱基突变、分子进化树、蛋白质一级结构和二级结构及其结构域变化。
　　本研究发现：所有发生突变的nif基因均存在“突变热点”，这说明该区域的碱基对低能氮离子的辐射更敏感，碱基的突变是生物进化的主要动力；重组菌株DOB981的nif基因家族不同于重组菌株DOB113、DOB073和对照菌株DOB150，并且其进化速度快于DOB113和DOB073，为人们研究未来几百万年的DOB菌株提供了有益参考。
　　nif蛋白结构分析结果表明，只有nifA和nifM基因编码的蛋白质一级结构发生了变化，主要表现在蛋白质的跨膜区和跨膜方向，为蛋白质的折叠、螺旋、卷曲研究提供了结构基础。在蛋白质二级结构方面，重组菌株 DOB981的 nifH、nifA、nifM、nifS(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)和 fixB的蛋白质二级结构发生了的变化，为其固氮酶蛋白的空间结构与其催化功能的关系研究奠定了基础。蛋白质的结构域在蛋白质分子的进化过程中起着核心作用，影响着蛋白质的功能表达，研究发现重组菌株 DOB981的 nifHⅡ的蛋白质结构域发生了变化，为更深入地研究蛋白质进化机制提供依据。
　　本论文通过对低能 N+注入介导获得的重组 DOB细菌的生物固氮基因（nif基因）的研究，从分子水平上探讨了离子注入DOB细菌导致其生物固氮基因突变与进化的分子机制，丰富了低能离子与生物体相关作用的理论，为人们更加深入理解生物固氮基因的突变与进化提供了丰富的材料，对DOB的分子育种和应用具有重要的理论意义和实践价值。

目录

第一章 相关理论概述

1.1 低能N+注入技术

1.2 生物信息学的发展

1.3 寡营养细菌

1.4 固氮基因

第二章 数据的来源与研究方法

2.1 DNA测序技术的发展

2.2 第二代DNA测序技术

2.3 数据的获取

2.4 研究方法

第三章 结果与分析

3.1 nifH基因的突变分析

3.2 nifA基因的突变分析

3.3 nifU基因的突变分析

3.4 nifS基因的突变分析

3.5 nifM基因的突变分析

3.6 fixA基因的突变分析

3.7 fixB基因的突变分析

3.8 讨论

第四章 结论与建议

4.1 结论

4.2 建议

参考文献

附录

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致谢

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