桑氏链霉菌KJ40全基因组测序及分析

【背景】桑氏链霉菌(Streptomyces sampsonii)KJ40是一株具有防病、促生多重功能的放线菌,有作为生物农药的潜力。目前还没有相关研究报道S.sampsonii全基因组序列,这限制了其功能基因、代谢产物合成途径及比较基因组学等研究。【目的】解析S.sampsonii KJ40的基因组序列信息,以深入研究该菌株防病促生机制及挖掘次级代谢产物基因资源。【方法】利用Illumina HiSeq高通量测序平台对KJ40菌株进行全基因组测序,使用相关软件对测序数据进行基因组组装、基因预测和功能注释、预测次级代谢产物合成基因簇、共线性分析等。【结果】基因组最后得到9个Scaffolds和578个Contigs,总长度为7 261 502 bp,G+C%含量平均为73.41%,预测到6 605个基因、1 260个串联重复序列、804个小卫星序列、67个微卫星序列、90个tRNA、9个rRNA和19个sRNA。其中,2 429、3 765、2 890、6 063和1 911个基因分别能够在COG、GO、KEGG、NR和Swiss-Prot数据库提取到注释信息。同时,还预测得到21个次级代谢产物合成基因簇。基因组测序数据提交至NCBI获得Gen Bank登录号:LORI00000000。S.sampsonii KJ40与Streptomyces coelicolor A3(2)、Streptomyces griseus subsp.griseus NBRC 13350三株链霉菌基因组存在翻转、易位等基因组重排,3个基因组共有1 711个蛋白聚类簇。【结论】研究为从基因组层面上解析KJ40菌株具有良好促生防病效果的内在原因提供基础数据,为深入了解链霉菌次级代谢合成途径提供参考信息,对S.sampsonii后续相关研究具有重要意义。     

东乡野生稻内生放线菌Streptomyces sp. PRh5的全基因组测序及序列分析

【目的】Streptomyces sp. PRh5是从东乡野生稻(Oryza rufipogon Griff.)中分离获得的一株对细菌和真菌都具有较强抗菌活性的内生放线菌。为深入研究PRh5菌株抗菌机制及挖掘次级代谢产物基因资源,有必要解析PRh5菌株的基因组序列信息。【方法】采用高通量测序技术对PRh5菌株进行全基因组测序,然后使用相关软件对测序数据进行基因组组装、基因预测与功能注释、直系同源簇(COG)聚类分析、共线性分析及次级代谢产物合成基因簇预测等。【结果】基因组组装获得290 contigs,整个基因组大小约11.1 Mb,GC含量为71.1%,序列已提交至GenBank数据库,登录号为JABQ00000000。同时,预测得到50个次级代谢产物合成基因簇。【结论】将为Streptomyces sp. PRh5的功能基因组学研究及相关次级代谢产物的生物合成途径与异源表达研究提供基础。     

生防菌解淀粉芽孢杆菌 SQ-2 全基因组测序及生物信息学分析

【背景】解淀粉芽孢杆菌SQ-2是从市售豆瓣酱中分离得到的一株益生菌,实验表明菌株SQ-2具有较强的抑制植物病原真菌的能力,说明SQ-2具有较好的生物防治能力,有作为生物农药的潜力。【目的】研究菌株SQ-2的遗传信息并揭示其抑菌机制。【方法】在Illumina MiSeq X10平台上对菌株SQ-2进行全基因组测序,使用Trim Galore V.0.4.0清理原始数据,并使用FastQC检查质量;使用SOAPdenovo2进行从头组装,使用antiSMASH鉴定负责次级代谢产物生物合成的基因。【结果】解淀粉芽孢杆菌SQ-2基因组大小为3 486 537 bp,GC含量为46.63%,共编码4298个基因,共发现11个与次级代谢产物生物合成相关的基因簇,其中6个被确定为抗真菌物质合成簇,分别编码bacillaene、bacilysin、butirosin、fengycin、bacillibactin和surfactin。基因组框架测序数据提交至NCBI获得GenBank登录号为JAHXSB000000000。超高液相色谱/质谱联用分析表明产生了儿茶酚型嗜铁素、多烯类和表面活性肽。【结论】...     

出芽短梗霉菌株PA-2全基因组测序及分析

【背景】出芽短梗霉菌株PA-2是一株分离自青海省海东市平安区患病杨树叶片上的真菌,前期研究表明该菌株具有除草和抑菌能力,说明其在生物农药方面具有潜在的应用前景。【目的】了解菌株PA-2的基因组序列信息,挖掘其生防相关功能基因簇,为进一步研究解析该菌株生防机理及生防功能改造提供遗传背景信息。【方法】利用IlluminaHiSeq高通量测序平台对生防菌株PA-2进行全基因组测序,用生物信息学的方法对测序数据进行基因组组装、基因预测及功能注释、碳水化合物活性酶预测、次级代谢产物合成基因簇预测,利用刚果红染色等方法对水解酶活性进行衡量。【结果】菌株PA-2基因组序列全长28 932 793 bp,平均GC含量为50%,共编码10 839个基因,预测到该菌株具有4个已知的次级代谢产物合成基因簇,编码Melanin、Burnettramic Acid A、ACR-Toxin I、Abscisic Acid,该菌株能水解纤维素和果胶。【结论】有助于在基因组层面上解析菌株PA-2生防机制的内在原因,为深入了解出芽短梗霉菌次级代谢物合成途径提供参考,对菌株PA-2的下一步相关研究具有重要意义。     

菌株YN145对稻瘟病菌黑色素合成的影响及全基因组分析

【背景】枯草芽孢杆菌YN145是一株从湖南省桃江县的健康稻株中分离的细菌,前期研究中该菌对稻瘟病菌拮抗效果显著,在生物防治方面有很大的应用潜力。【目的】深入研究该菌株的生防机制并挖掘次级代谢产物基因资源。【方法】在4株稻瘟病菌生防菌中,选择其胞外抗菌物质抑制稻瘟病菌黑色素合成效果最佳的菌株YN145,采用紫外-可见分光光度计在波长400 nm处测定胞外和菌丝体内黑色素液的吸光度值,采用菌丝生长抑制平板法和分生孢子萌发抑制法测定抑菌活性。采用PacBio第三代测序和IlluminaHiSeq第二代测序相结合的技术对菌株YN145进行全基因组测序,并对测序数据进行组装,注释预测基因的功能,分析次级代谢产物合成基因簇。【结果】菌株YN145的胞外抗菌物质能较好地抑制稻瘟病菌黑色素合成、分生孢子萌发和菌丝生长。菌株YN145全基因组大小为4 167 871 bp,GC含量为43.86%,编码序列(coding sequence, CDS)数量为4 294个;共找到85个tRNA、30个rRNA和92个sRNA。同时预测到5个已知的次级代谢产物合成基因簇,分别编码合成bacillaene、bac...     

鸡源暹罗芽孢杆菌CML548的益生特性及全基因组分析

【背景】芽孢杆菌是用于动物微生态制剂的重要菌株之一。暹罗芽孢杆菌因具有较强的抑菌活性,近年来受到广泛关注。【目的】对实验室前期分离的鸡源暹罗芽孢杆菌CML548的益生特性进行评价,通过全基因组测序及生物信息学分析,探究其抑菌及潜在的益生机制。【方法】通过牛津杯法、稀释涂布平板法分别对菌株CML548的抑菌和产酶特性、酸和胆盐的耐受性进行研究。使用IlluminaHiSeq2500测序平台进行全基因组测序,并通过多种生物信息学工具和数据库对基因组进行注释和分析。【结果】体外实验表明该菌株具有优良的益生性状：能够有效抑制致病性大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌、产气荚膜梭菌的生长;能够同时产生蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶;具有较高的酸和胆盐耐受性。全基因组测序分析表明菌株CML548的基因组大小为4061741bp,GC含量为46.07%,预测到3 961个编码基因。分别有1 693、2 704、3 413、186、67、1、5个基因被GO、KEGG、COG、CAZy、DBAASP、CARD、VFDB数据库注释;通过antiSMASH预测到16个与次级代谢产物合成相关的基因簇。此外,还发现其含有抗菌活性...     

一株稀有海洋真菌Stachybotrys longispora FG216的De Novo测序及基因组学分析

【背景】长孢葡萄穗霉菌(Stachybotrys longispora) FG216是一株稀有海洋真菌,其次生代谢产物FGFC1具有纤溶活性。进行S. longispora FG216的基因组序列分析,将充实和促进海洋微生物功能基因和次生代谢产物合成生物学的基础研究和应用研究。【目的】解析S. longispora FG216的基因组序列,分析基因组生物功能和同源相似性关系,分析次生代谢产物纤溶活性化合物FGFC1的相关基因。【方法】基于Illumina HiSeq高通量测序平台对S. longispora FG216菌株进行De Novo测序,使用SSPACE、Augustus等软件进行组装、编码基因预测、基因功能注释、物种共线性分析以及预测FGFC1次生代谢产物合成基因簇。【结果】S. longispora FG216的基因组测序总长度为45622830bp,共得到605个Scaffold,GC含量为51.31%,注释预测得到13329个编码基因和169个非编码RNA。基因组测序数据提交至国家微生物科学数据中心(编号为NMDC60016264),其中13 053、8 422、8 460、7 714和2 847个基因分别能够在NR、KEGG、KOG、GO和CAZy数据库匹配到注释信息。比较基因组学分析发现,Stachybotrys具有保守性,核心基因占基因家族总数目的71.44%,S. longispora FG216与S. chlorohalonata IBT 40285的相似性最高;同时,预测得到101个次生代谢产物合成基因簇,其中18个基因簇与已知的化合物相匹配。通过antiSMASH预测,Cluster57是编码合成FGFC1母核结构异吲哚啉酮的基因簇,与S.chlorohalonataIBT40285中的基因簇相似度为40%。【结论】海洋稀有真菌S.longisporaFG216的基因组信息已上传至国家微生物科学数据中心公开使用,为Stachybotrys种属的研究提供了重要的参考意义,同时发现了S. longispora FG216次生代谢产物纤溶活性化合物FGFC1母核部分编码基因是Cluster 57。     

雄烯二酮高产菌新金分枝杆菌MN4的全基因组测序及序列分析北大核心CSCD

【目的】新金分枝杆菌(Mycobacterium neoaurum)MN4是1株经诱变育种获得的高产雄烯二酮,并且能够耐受高浓度底物植物甾醇的突变菌株。为深入研究MN4菌株耐底物的机制及雄烯二酮的生物合成途径,有必要解析MN4菌株的全基因组序列信息。【方法】本研究采用高通量测序技术对MN4进行全基因组测序,然后使用相关软件对测序数据进行基因组装、基因预测与功能注释、COG聚类分析以及次级代谢产物合成基因簇预测等。【结果】新金分枝杆菌MN4基因组装获得33个Contigs,整个基因组大小为5.39 Mb,GC含量为66.9%,编码4920个蛋白基因,序列提交至Gen Bank数据库,登录号为JXYZ00000000。【结论】本研究首次报道了1株高产雄烯二酮菌株MN4的全基因组序列,分析了基因组的基本特征,初步解析了该菌株降解植物甾醇生产雄烯二酮的关键基因,将为MN4的功能基因组学研究及相关次级代谢产物的生物合成途径与异源表达研究提供基础。     

一株产低温蛋白酶地衣芽胞杆菌NWMCC0046全基因组测序及分析

地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)NWMCC0046是从西藏日喀则地区屠宰场废弃血污放置土壤中分离得到的一株益生菌,产生的碱性蛋白酶在低温下有作为洗涤剂添加酶的潜力。深入分析菌株NWMCC0046的基因组序列信息,并挖掘该菌株功能特性基因及潜在应用价值。使用PacBio RS II平台和Illumina HiSeq 4000平台对菌株NWMCC0046的基因组进行测序,并对测序数据进行基因组组装、基因预测与功能注释、共线性分析、进化分析及次级代谢产物合成基因簇预测。菌株NWMCC0046全基因组大小为4 321 565 bp,平均GC含量为46.78%,共编码4 504个基因。基因注释揭示了其益生菌特性,如胃肠道内独特的适应性、抗氧化活性和抗菌活性。此外,菌株NWMCC0046还编码工业上许多重要的酶。进化树及共线性结果表明,菌株NWMCC0046属地衣芽胞杆菌且与地衣芽胞杆菌ATCC 14580具有较好的共线性。同时,预测到菌株NWMCC0046中有11个次级代谢产物合成基因簇,编码地衣素、丰原素、杆菌肽和丁酰苷菌素等生物活性物质。基因组信息存储于GenBa...     

一株重寄生枝孢菌的基因组测序及重寄生机制分析

【背景】枝孢菌SYC63是一株具有重寄生作用和抗菌活性的潜在生防菌株,目前尚无研究报道该菌株的全基因组序列,因此限制了其开发与利用。对该菌株进行基因组测序与分析,将进一步了解其重寄生的分子机制,为其在生物防治上的应用奠定研究基础。【目的】解析枝孢菌SYC63基因组序列信息,初步探究该菌的重寄生作用机制。【方法】利用二代高通量测序平台对枝孢菌SYC63进行全基因组测序,运用相关软件对其测序数据进行基因组组装、基因功能注释、预测次级代谢产物合成基因簇并分析重寄生相关的碳水化合物酶类基因等。【结果】基因组组装后共得到17个contigs,总长度为31 912 211 bp,GC含量为52.80%,预测到12 327个编码基因。其中,4 029、949和6 595个基因分别能在KEGG、COG和GO数据库中被注释到,同时还预测到25个次级代谢产物合成基因簇。对重寄生机制相关的碳水化合物酶类进行分析并与重寄生菌株(拟盘多毛孢菌、木霉及盾壳霉)比较,发现该菌具有较多的糖苷水解酶和糖脂酶基因,而且细胞壁降解酶类基因经锈菌孢子壁处理后在转录组测序中显著上调表达,初步分析了该菌与重寄生木霉在分子水平上的...     

纳他霉素高产菌株Streptomyces gilvosporeus F607基因组及其生物合成基因簇分析

【背景】纳他霉素(Natamycin)是一种天然、广谱、高效的多烯大环内酯类抗真菌剂,褐黄孢链霉菌(Streptomyces gilvosporeus)是一种重要的纳他霉素产生菌。目前S. gilvosporeus基因组序列分析还未有报道,限制了该菌中纳他霉素及其他次级代谢产物合成及调控的研究。【目的】解析纳他霉素高产菌株S. gilvosporeus F607的基因组序列信息,挖掘其次级代谢产物基因资源,为深入研究该菌株的纳他霉素高产机理及生物合成调控机制奠定基础。【方法】利用相关软件对F607菌株的基因组序列进行基因预测、功能注释、进化分析和共线性分析,并预测次级代谢产物合成基因簇;对纳他霉素生物合成基因簇进行注释分析,比较分析不同菌种中纳他霉素生物合成基因簇的差异;分析预测S.gilvosporeusF607中纳他霉素生物合成途径。【结果】F607菌株基因组总长度为8482298bp,(G+C)mol%为70.95%,分别在COG、GO、KEGG数据库提取到5 062、4 428、5063个基因的注释信息。同时,antiSMASH软件预测得到29个次级代谢产物合成基因簇,其中纳他霉素基因簇与S.natalensis、S. chattanoogensis等菌株的纳他霉素基因簇相似性分别为81%和77%。除2个参与调控的sngT和sgnH基因和9个未知功能的orf基因有差异外,S. gilvosporeus F607基因簇中其他纳他霉素生物合成基因及其排列顺序与已知的纳他霉素基因簇高度一致。【结论】分析了S. gilvosporeus全基因组信息,预测了S. gilvosporeus F607中纳他霉素生物合成的途径,为从基因组层面上解析S. gilvosporeus F607菌株高产纳他霉素的内在原因提供了基础数据,为揭示纳他霉素高产的机理及工业化生产和未来新药的发现奠定了良好的基础。     

基于基因组挖掘的农抗120活性成分制霉菌素和丰加霉素的发现和鉴定

【目的】分析刺孢吸水链霉菌北京变种(农抗120产生菌)基因组和次级代谢产物组分,研究并鉴定农抗120产生菌中未被发现的活性组分。【方法】利用antiSMASH在线分析农抗120产生菌Streptomyces hygrospinosusvar.beijingensis基因组信息,锁定可能的制霉菌素和丰加霉素生物合成基因簇。利用HPLC和LC-MS等分析方法对农抗120产生菌发酵产物进行分析,同时利用制霉菌素和丰加霉素标准品作为对照,以鉴定该菌株代谢组分中的次级代谢产物。此外,通过构建目标基因簇大片段缺失突变株,并对所得突变株发酵产物进行检测,以确定生物合成基因簇与目的代谢产物的对应关系。【结果】本研究综合利用基因组序列分析、基因缺失突变株构建以及代谢产物检测方法,鉴定了农抗120产生菌中制霉菌素和丰加霉素两种活性成分,并确定了负责这些化合物合成的基因簇。【结论】本研究所构建的多重基因簇失活突变株为挖掘刺孢吸水链霉菌北京变种更多的天然次级代谢产物奠定了基础。     

链霉菌Streptomyces antibioticus NRRL 8167中Naphthgeranine A生物合成基因簇的分析鉴定

【背景】微生物来源的天然产物是小分子药物或药物先导物的重要来源。对链霉菌Streptomyces antibioticus NRRL 8167的基因组分析显示,其包含多个次级代谢产物的生物合成基因簇,具有产生多种新化合物的潜力。【目的】对链霉菌S. antibioticus NRRL 8167中次级代谢产物进行研究,以期发现结构新颖或生物活性独特的化合物,并对相应产物的生物合成基因簇和生物合成途径进行解析。【方法】利用HPLC图谱结合特征性紫外吸收和LC-MS方法,排除S. antibioticus NRRL 8167产生的已知化合物,确定具有特殊紫外吸收的化合物作为挖掘对象,然后利用正、反相硅胶柱色谱、高效液相色谱等技术对次级代谢产物进行分离纯化,分离化合物。利用质谱及核磁共振光谱技术对化合物结构进行解析和鉴定;提取链霉菌S. antibioticus NRRL 8167基因组DNA,利用PacBio测序平台进行基因组测序;利用生物信息学对基因组进行注释,并对合成该化合物的基因簇进行定位分析,推导其生物合成途径。【结果】确定这个化合物是NaphthgeranineA,属于聚酮类化合物。全基因组序列分析发现S.antibioticusNRRL8167基因组含有28个次级代谢产物生物合成基因簇,其中基因簇20可能负责Naphthgeranine A的生物合成,并对其生物合成途径进行了推导。【结论】基于紫外吸收光谱和质谱特征,从S. antibioticus NRRL 8167菌株的发酵提取物中分离鉴定了一个聚酮类化合物Naphthgeranine A。该菌株的全基因组测序为其生物合成基因簇的鉴定提供了前提,对Naphthgeranine A生物合成基因簇和生物合成途径的推测为进一步研究这个化合物的生物合成机制奠定了基础。     

Genome neighborhood network reveals insights into enediyne biosynthesis and facilitates prediction and prioritization for discovery

The enediynes are one of the most fascinating families of bacterial natural products given their unprecedented molecular architecture and extraordinary cytotoxicity. Enediynes are rare with only 11 structurally characterized members and four additional members isolated in their cycloaromatized form. Recent advances in DNA sequencing have resulted in an explosion of microbial genomes. A virtual survey of the GenBank and JGI genome databases revealed 87 enediyne biosynthetic gene clusters from 78 bacteria strains, implying that enediynes are more common than previously thought. Here we report the construction and analysis of an enediyne genome neighborhood network (GNN) as a high-throughput approach to analyze secondary metabolite gene clusters. Analysis of the enediyne GNN facilitated rapid gene cluster annotation, revealed genetic trends in enediyne biosynthetic gene clusters resulting in a simple prediction scheme to determine 9- versus 10-membered enediyne gene clusters, and supported a genomic-based strain prioritization method for enediyne discovery.