喜温嗜酸硫杆菌SM-1在不同温度下基因组的可塑性-微生物学报.PDF

微生物学报 Acta Microbiologica Sinica 2017, 57(7): 1083-1094 /actamicrocn DOI: 10.13343/ki.wsxb Research Article 研究报告 喜温嗜酸硫杆菌 SM-1 在不同温度下基因组的可塑性 1,3 1 1 4 5 2 1* 李小静 ，江宝塔·穆哈德斯 ，杨兰 ，郑华军 ，彭堂见 ，张旭 ，姜成英 ， 刘双江1* 1 中国科学院微生物研究所，微生物资源前期开发国家重点实验室，北京 100101 2 华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室，上海 200237 3 中国科学院大学中丹学院，北京 100190 4 上海人类基因组研究中心，上海 201203 5 中南大学资源加工与生物工程学院，湖南 长沙 410083 摘要：【目的】驯化得到喜温嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus caldus) SM-1 在低于最适生长温度下具有较高 生长活力的突变菌株，并认知喜温嗜酸硫杆菌在不同温度下的基因组可塑性。【方法】利用实验室长期 进化实验对菌株进行 3 个温度的驯化：37、40 、45 °C 。运用 454 测序技术对驯化获得的菌株进行基因 组重测序，通过比较基因组分析驯化株基因组单核苷酸位点变化(SNPs) ，对包含位点变化的基因从功能 上进行分类，在此基础上，分析可能与温度适应性相关的基因。【结果】通过不同温度下的长期驯化， 得到了在低于最适生长温度下具有较高活力的菌株；重测序结果发现，SM-1 基因组具有较好的可塑性， 不同温度(37、40 、45 °C)生长的菌株中，基因组中分别有 418 、384 和 347 个核苷酸位点发生累计变化， 其中 3 个温度下有 20 个相同的非同义突变位点，分别分布于编码重金属和毒性抗性系统、DNA 甲基化 和蛋白乙酰化酶、核酸代谢相关酶类等相关基因上；相比而言，在低于最适生长温度(37、40 °C)下生长 菌株特有的位点变化涉及能量代谢、信号转导以及 DNA/RNA 稳定性相关基因；其中，2 个低温菌株共 同发生位点变化的基因有 3 个，其中两个编码转座相关的蛋白 Atc_1031 与 Atc_1623 ，另一个编码假想 蛋白 Atc_1130 ，该蛋白分别与外膜蛋白组装因子 B 和二硫键形成蛋白具有 23%和 35%的相似性。另外， 不同生长温度下相关蛋白中氨基酸的组成也发生变化。【结论】喜温嗜酸硫杆菌 SM-1 基因组具有较好 的可塑性，对于其基因组变化的研究结果为认识微生物温度适应性提供了组学数据。本研究揭示喜温嗜 酸硫杆菌(At. caldus) SM-1 可能通过多种途径适应向低温过渡生长，既包括微生物通用的环境适应机制， 也存在菌株特有的温度适应途径。 关键词：喜温嗜酸硫杆菌，生物冶金，比较基因组，基因组可塑性 基金项目：国家自然科学基金 ；科技创新专项(CXJJ-15M034) ；生物反应器工程国家重点实验室开放课题 *通信作者。Tel ：+86-10；Fax ：+86-10；E-mail ：刘双江，liusj@ ；姜成英，jiangcy@ 收稿日期：2016-10-31 ；修回日期：2016-12-09 ；网络出版日期：2017-02-14 1084 Xiaojing Li et al. | Acta Microbiologica Sinica, 2017, 57(7) 微生物冶金技术，是指利用微生物的氧化、 由于能减少自然进化中的不可控因素，实验 还原等作用，用于将矿石中的有价金属浸取出来， 室进化实验目前被广泛应用在各菌株的驯化以及 例如从硫化物矿石中浸出铜、镍、钴等和从低品 基因型改变和表型变化的关系研究中[5–7] 。低温驯 位铀矿石中浸出铀；也可用于脱除矿石中的有害 化作为一种有效的手段，可以通过连续低