基于宏基因組的未培養(yǎng)互營(yíng)烴降解菌‘Candidatus Smithella cisternae’的生物信息學(xué)研究.pdf

1、通過厭氧微生物作用，將油藏殘余油或重質(zhì)原油降解并轉(zhuǎn)化為甲烷（“油變氣”）進(jìn)行氣態(tài)開采，是一項(xiàng)極具發(fā)展?jié)摿Φ奈⑸锊捎托录夹g(shù)，這個(gè)過程需要通過細(xì)菌和古菌的互營(yíng)代謝作用完成。小組通過多年努力，富集獲得了正十六烷烴降解產(chǎn)甲烷菌系M82，利用穩(wěn)定同位素探針技術(shù)，證實(shí)其中一類未培養(yǎng)Syntrophaceae是產(chǎn)甲烷條件下互營(yíng)降解正十六烷烴的關(guān)鍵細(xì)菌類群。但是這類互營(yíng)菌生長(zhǎng)緩慢，一個(gè)培養(yǎng)周期需要數(shù)月甚數(shù)年的時(shí)間，其分離難度極大，迄今尚未見到互營(yíng)烴降

2、解菌的分離報(bào)道，這限制了人們開展互營(yíng)烴降解菌的分子機(jī)理研究。
　　本研究通過454高通量測(cè)序擴(kuò)增細(xì)菌和古菌16S rRNA基因，發(fā)現(xiàn)中溫正十六烷烴降解產(chǎn)甲烷菌系M82中的古菌主要屬于甲烷袋狀菌屬(82％)，互蕾菌科下的Smithella(55％)在細(xì)菌域中的豐度最高。利用高通量測(cè)序技術(shù)擴(kuò)增菌系全基因組DNA，獲得40 Gb的短片段序列，通過序列拼接獲得144，759條scaffolds，N50 scaffold長(zhǎng)度為4619 bp

3、。其中片段豐度大于30000，GC摩爾含量約43％的高豐度片段聚集成團(tuán)(cluster)，根據(jù)序列相似性分析，發(fā)現(xiàn)這些序列大部分屬于Proteobacteria，進(jìn)一步通過16S rRNA基因相似性分析，發(fā)現(xiàn)這個(gè)cluster代表的是未培養(yǎng)互營(yíng)烴降解菌Syntrophaceae(Clone HB1_11，GenBank No.of JX088314，相似性99.7％)。去掉該cluster低豐度以及分類水平上為古菌的序列后，該clust

4、er中存在104個(gè)單拷貝基因(SCG)，表明其基因組序列的完整度大于97％。基于四核苷酸多態(tài)性(TNF)的主成成分分析(PCA)顯示聚類出來(lái)為一個(gè)物種。該基因組大小為2.75 Mb，GC含量為42.8％。該菌株代表一個(gè)新的未培養(yǎng)物種，命名為‘Candidatus Smithella cisternae’，菌株名定為M821。
　　通過基因注釋發(fā)現(xiàn)菌株M82-1有2815個(gè)ORFs，47個(gè)tRNA和3個(gè)rRNA。其中50％以上的基因

5、能與KEGG、COG、GO和Pfam數(shù)據(jù)庫(kù)中的序列相匹配。菌株M821具有編碼延胡索酸還原酶、甲基丙二酰輔酶A變位酶和羧基轉(zhuǎn)移酶的基因序列，完整的降解長(zhǎng)鏈脂肪酸和丁酸的β-氧化途徑的基因序列，表明該菌可能通過延胡索酸激活啟動(dòng)烷烴的降解。該菌編碼代謝丙酸和乙酸的途徑的基因不完整，以及羧酸循環(huán)、糖酵解和磷酸戊糖途徑相關(guān)基因的不完整，這表明菌株M82_1可利用的底物范圍有限。注釋出Nif基因簇推測(cè)該菌可能具有固氮能力。獲得未培養(yǎng)互營(yíng)烷烴降解菌