代谢型质粒pBHB和宿主Comamonas sp. 7D-2的共进化及质粒宿主范围探究.pdfVIP

目录

摘要I

ABSTRACTIII

缩略语说明V

前言VII

第一章文献综述1

第一节接合质粒是环境异生物质代谢的主要驱动力1

1.接合质粒概述1

2.代谢型接合质粒1

第二节适应性成本是阻碍质粒维持的关键因素4

1.质粒适应性成本的概述4

2.质粒适应性成本的来源4

第三节补偿性进化可以降低宿主质粒的适应性成本6

1．质粒在群体中稳定维持的机制6

2．补偿性进化7

第四节接合质粒介导的生物强化修复研究现状9

第五节研究背景、目标和意义10

第二章质粒pBHB和宿主Comamonassp.7D-2的共进化13

第一节菌株Comamonassp.7D-2及其质粒pBHB在3,5-二溴-4-羟基苯甲酸选择下的共

进化13

1.材料与方法13

2结果与分析17

第二节共进化菌株的筛选与基因组分析21

1材料与方法21

2结果与分析23

第三节菌株Comamonassp.7D-2与质粒pBHB的共进化机制32

1材料与方法32

2结果与分析36

本章讨论42

第三章IncP-1不亲和群质粒pBHB在土壤微生物种群中的宿主范围探究45

1材料与方法45

2.结果与分析52

本章讨论58

全文总结61

论文创新点63

攻读硕士期间发表的学术论文65

参考文献67

附录75

致谢85

代谢型质粒pBHB和宿主Comamonassp.7D-2的共进化

及质粒宿主范围探究

摘要

近年来，关于多重耐药性致病菌的临床案例屡见不鲜，引起了人们的广泛关注和

担忧。接合质粒作为可自主转移的移动基因元件，在耐药性基因的全球传播过程中发

挥了重要的作用。研究人员开展了一系列多重耐药型质粒与宿主的共进化研究，解析

质粒与宿主的相互作用关系、质粒的维持与消亡机制以及质粒的群体遗传学，探寻控

制和阻断耐药型基因快速传播的可行途径。因此，研究质粒与宿主的共进化机制具有

十分重要的科学意义。

代谢型接合质粒携带各种化合物的分解代谢基因，通过在种群内或跨物种传播其

编码的代谢功能，对异生物质和天然物质的降解起重要作用。其中IncP-1不亲和群质

粒是研究最多的代谢型接合质粒之一，它们通常具有广泛的宿主范围和较高的环境流

行率。之前关于IncP-1质粒的研究通常集中在代谢机制等方向，关于代谢型质粒与宿

主的共进化研究很少，严重限制了对IncP-1质粒在环境中稳定维持机制的认识。

本实验室前期从除草剂溴苯腈污染土壤中筛选到一株高效矿化溴苯腈的菌株

Comamonassp.7D-2，并从中克隆到了溴苯腈完整的代谢基因簇，揭示了溴苯腈的代

谢机制。重要的是，溴苯腈降解基因簇位于IncP-1β不亲和群代谢型质粒pBHB上。

前期研究发现，质粒pBHB十分不稳定，在培养过程中易丢失。因此，本研究以3,5-

二溴-4-羟基苯甲酸（溴苯腈代谢的中间产物）为选择压力，开展了质粒pBHB与宿主

7D-2的共进化传代培养。通过对不同传代菌群的适应性进行测定，发现随着共进化传

代的进行，菌群的适应性明显提高，并从中挑选到了两株适应性明显改善的共进化菌

株7D-2evo1pBHBevo1和7D-2evo2pBHBevo2。通过全基因组重测序和比较基因组学分析

发现，两个共进化质粒都发生了大规模的基因丢失和一些特异性的SNP/Indel突变，

共进化菌株的染色体上也存在SNP/Indel突变和转座子插入失活突变。

为了探究适应性改善的分子机制，本论文构建了相同染色体背景（7D-2anc

pBHBevo1和7D-2ancpBHBevo2）和相同质粒背景（7D-2evo1pBHBanc和7D-2evo2pBHBanc）