栖热水生菌Y51MC23的全基因组测序

  研究背景

  栖热水生菌最开始是从黄石公园的温泉中培育出来的，随后发现栖热水生菌的DNA聚合酶可以作为DNA扩增和测序的工具，这一发现几乎改变了当时的生物学和医学界。目前已经从温泉中分离出来多种栖热菌种。2015年4月有一个包含28个栖热菌基因组计划（https://gold.jgi-psf.org/index），其中23个已经构建了检索序列数据库，并且其中部分已经完成全基因组测序，Y51MC23就是其中尚未完成全基因组测序的一种栖热水生菌。

  封闭并完成微生物基因组测序受限制的因素主要是需要用短读长reads串联长重复序列片段。本文研究的内容的主要是对Y51MC23基因组及其4个质粒进行完全测序。

  材料方法

  微生物：栖热水生菌Y51MC23

  实验方法：

  一、DNA制备

  1、 从温泉中分离得到栖热水生菌Y51MC23，并在70°C的YTP-2琼脂上培养。

  2、 Y51MC23的单克隆在包含1000ml YTP-2培养基的70°C的锥形瓶中，200rpm培养18小时 。

  3、 细胞通过离心法在4°C存储，直到DNA提取。

  二、显微观察

  荧光显微法：Nikon Eclipse TE2000-S

  三、基因组测序和组装

  在包含22个contigs的Y51MC23基因组草图的基础上完成全基因组测序，NCBI 2008（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/218297404）。

  MiSeq：Reagent Kit v2 (Illumina, San Diego, CA)

  四、基因组注释

  1、IMG （蛋白序列）2、UniProt（多肽酶）3、PRIAM和SEED（代谢通路）4、Island Viewer（基因岛）

  研究结果

  1、栖热水生菌Y51MC23的特征

  2、通过分析16S rRNA序列，构建栖热水生菌Y51MC23和其他菌属的系统进化树

  分数表示这条进化路径的可能性，分支的长度表示进化所用的相对时间。

  3、封闭和完成栖热水生菌Y51MC23的基因组

  在2008年公布的Y51MC23基因组草图上，将22个contigs组装成5个（其中4个为质粒）。

  从外到里依次：CDs前导链、CDs滞后链、tRNA基因、rRNA基因、前噬菌体、CRISPR（细菌用来抵御病毒侵袭的基因系统）、GC绘图、GC偏移（G-C/G+C）。

  4、Y51MC23和其他栖热菌种的比较

  5、完成了全基因组测序的Y51MC23和SA-01之间同线性（共线性）分析

  表明两种栖热水生菌之间有很多相对保守的区域。

  6、对Y51MC23基因组的注释分析

  一、转运功能

  二、糖代谢及生物合成，能量的合成，氨基酸代谢和生物学合成，维生素、辅酶和色素的生物合成·······

  SEED进行代谢通路预测

  IMG （蛋白序列）

  UniProt（多肽酶）

  7、Y51MC23前噬菌体1和2与sp. 2.9前噬菌体的同线性（共线性）分析

  金色箭头代表预测的ORF，绿色表示三种前噬菌体中共有的ORF，品红色代表前噬菌体1特有的ORF，蓝色代表前噬菌体2和sp. 2.9共有的ORF，橙色表示前噬菌体2和sp. 2.9不同的ORF。

  8、Y51MC23体内高度荧光微球的形成

  亮点总结：

  1、在Y51MC23之前报道的基因组草图的基础上，利用Mi-seq测序对之前草图中的22个gap完成封闭。并重新组装成一个完整的染色体基因组contig和4个质粒Contig。

  2、分析了Y51MC23和其他菌种基因组的同线性（共线性）关系。

  参考文献：

  Complete Genome Sequence of Thermus aquaticus Y51MC23[J].PLoS One. 2015 Oct 14;10(10):e0138674.

  IF=3.057