鈍項節(jié)旋藻(Arthrospira platensis AGB-AP02)全基因組測序及特性分析.pdf

1、為在分子水平上揭示鈍頂節(jié)旋藻(Arthrospira platensis AGB-AP02)特殊的生物學(xué)特征,利用高通量測序技術(shù)(Solexa)測得了鈍頂節(jié)旋藻基因組序列。結(jié)果顯示共獲得reads為21,463,733個,包含核酸1609.78 Mb,覆蓋基因組大約為292倍。經(jīng)組裝為91 scaffolds,包含核酸5,520,311 bp,50％以上的Scaffolds長度都大于143,024 bp,基因組的GC％為44.38％。利

2、用Glimmer 3對基因組的ORFs進(jìn)行預(yù)測,共發(fā)現(xiàn)5989個ORFs。ORF的平均長度為784 bp。利用得到的5989個ORFs的氨基酸序列分別對nr、nt、KEGG、COG進(jìn)行Blast,結(jié)果發(fā)現(xiàn)能分別有4342,2732,4886,3379個ORFs能在這四個數(shù)據(jù)庫中比對上相似的基因序列。鈍頂節(jié)旋藻生活在高碳酸鹽與高重碳酸鹽的特殊無機(jī)碳環(huán)境中,在鈍頂節(jié)旋藻在所有能注釋的ORFs中,我們發(fā)現(xiàn)了完整的CCM(二氧化碳濃縮機(jī)制)代謝

3、途徑。這些ORFs包含了編碼羧酶體的操縱子,編碼HC03"轉(zhuǎn)運蛋白的ORFs與編碼CO2攝取蛋白的操縱子。在基因組中沒有發(fā)現(xiàn)編碼典型的有活性的碳酸酐酶的基因,而新發(fā)現(xiàn)的γ-CA可能代替其它類型的有活性的碳酸酐酶。這些基因是鈍頂節(jié)旋藻適應(yīng)特殊無機(jī)碳環(huán)境重要的分子基礎(chǔ)。鈍頂節(jié)旋藻是一種嗜堿藍(lán)藻,生活的環(huán)境pH=9～11。通過對其全基因組掃描、在鈍頂節(jié)旋藻中共發(fā)現(xiàn)有29個ORFs與細(xì)胞pH調(diào)節(jié)相關(guān),這29個ORFs分別編碼了Na+/H+對向轉(zhuǎn)

4、運蛋白、ABC-類型寡肽轉(zhuǎn)運蛋白、ABC-類型二肽轉(zhuǎn)運蛋白、ABC-類型二肽/寡肽/鎳轉(zhuǎn)運蛋白與ABC-類型分支氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白。這29個ORFs在鈍項節(jié)旋藻適應(yīng)高堿環(huán)境中起著重要作用,鈍頂節(jié)旋藻的高堿適應(yīng)機(jī)制同海洋嗜堿性細(xì)菌Oceanobacillus iheyensis的堿適應(yīng)機(jī)制相似。同時鈍頂節(jié)旋藻是一種生活在高鹽環(huán)境下,同時能被海水馴化的藍(lán)藻。通過鈍頂節(jié)旋藻AGB-AP02與海洋紅海束毛藻IMS101的比較基因組研究發(fā)現(xiàn),這兩種藍(lán)

5、藻具有相似的滲透調(diào)節(jié)方式,一種是通過細(xì)胞膜上的無機(jī)離子轉(zhuǎn)運蛋白如Na+/H+對向轉(zhuǎn)運蛋白,Ca2+/Na+對向轉(zhuǎn)運蛋白與K+轉(zhuǎn)運蛋白調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓;另一種是通過滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓如脯氨酸的合成與轉(zhuǎn)運。在鈍頂節(jié)旋藻獨有的基因中,還發(fā)現(xiàn)了合成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)-海藻糖的關(guān)鍵性基因海藻糖-6-磷酸合成酶基因,表明鈍項節(jié)旋藻還具有利用海藻糖作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的潛力,這與海洋紅海束毛藻IMS101相異。對鈍頂節(jié)旋藻不飽和脂肪酸代謝分析表明在鈍

6、頂節(jié)旋藻中存在完整的合成γ-亞麻酸的代謝途徑,在這個途徑中包含了合成γ-亞麻酸的酶,分別是乙酰轉(zhuǎn)移酶、3-氧?；鵞?；d體蛋白]還原酶、脂烯酰基還原酶、硬脂酰CoA-△9-去飽和酶、脂烯酰去飽和酶(△6)、脂烯酰去飽和酶(△12)與羥脂酰ACP脫水酶但是缺乏合成α-亞麻酸的關(guān)鍵性酶DesB,α-亞麻酸是合成EPA與DHA的前體。由此推斷,鈍頂節(jié)旋藻不能合成EPA與DHA。在鈍頂節(jié)旋藻中共發(fā)現(xiàn)19個編碼HNH型限制性內(nèi)切核酸酶的基因與27

7、個編碼限制修飾系統(tǒng)的相關(guān)基因,然而在具有穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化體系的集胞藻PCC6803的基因組中只發(fā)現(xiàn)1個編碼HNH型內(nèi)切核酸酶的基因與1個編碼限制修飾系統(tǒng)的相關(guān)基因,這表明鈍項節(jié)旋藻的不穩(wěn)遺傳轉(zhuǎn)化體系與基因組中的HNH型內(nèi)切核酸酶基因與限制修飾系統(tǒng)的相關(guān)基因有重要的聯(lián)系。鈍頂節(jié)旋藻與極大節(jié)旋藻cs-328的比較基因?qū)W研究表明,這兩個基因組共有3352個相似的ORFs,并且分別獨占2637個ORFs與3126個ORFs。利用鈍頂節(jié)旋藻十個最長的