本文關鍵詞：空間飛行對蠟狀芽孢桿菌影響的初步研究

  更多相關文章： 蠟狀芽孢桿菌 空間飛行 表型 基因組 轉錄組 蛋白組

【摘要】：目的：空間環(huán)境具備失重、高真空、微磁場和粒子輻射等特點,能夠影響微生物的生物學形態(tài)和表型改變。本研究借助神舟八號飛船,搭載了蠟狀芽孢桿菌進入太空進行實驗。對返回地面的蠟狀芽孢桿菌進行表型相關實驗檢測,以期發(fā)現(xiàn)經(jīng)過空間誘變后蠟狀芽孢桿菌的變化。并應用基因組、轉錄組和蛋白組學技術方法來探索和解釋發(fā)生相應變化的分子機制。 方法：對返回地面的蠟狀芽孢桿菌進行形態(tài)學、菌種鑒定、耐藥性、溶血、生化代謝譜和生長速率等檢測,篩選經(jīng)過空間誘變后蠟狀芽孢桿菌的空間突變株。采用高通量Illumina測序技術對地面對照株和空間突變株樣本進行基因組測序,并進行比較基因組學分析,包括進化分析、共線性及重排分析、質粒鑒定及差異分析、SNP分析及注釋、InDel差異分析及注釋、Core Pan分析等。同時,對地面對照株和空間突變株樣本進行轉錄組測序,獲得差異表達基因集；使用iTRAQ蛋白組學技術對篩選顯著差異表達蛋白。并對這些差異基因和蛋白進行CO、GGO和KEGG功能分析、聚類分析和富集分析。最后進行基因組與轉錄組、基因組與蛋白組；轉錄組與蛋白組；以及基因組、轉錄組、蛋白組數(shù)據(jù)庫的整合分析等。 結果：本研究成功完成了神舟八號無人飛船搭載蠟狀芽孢桿菌,成活率達100%�？臻g飛行后蠟狀芽孢桿菌的形態(tài)學和溶血特性沒有發(fā)生變化。與地面對照組LCT-BC244和兩株空間突變株相比較,蠟狀芽孢桿菌空間突變株LCT-BC25對阿米卡星的耐藥性增強；空間飛行后的兩株蠟狀芽孢桿菌的生化代謝譜均發(fā)生了明顯的變化,生長速度出現(xiàn)了明顯的減慢�；蚪M進化分析發(fā)現(xiàn)蠟狀芽孢桿菌LCT-BC244、LCT-BC25和LCT-BC235與含有致嘔吐毒力基因的蠟狀芽孢桿菌AH187同源性較強。但是通過基因組共線性分析提示經(jīng)過空間飛行后蠟狀芽孢桿菌LCT-BC25和LCT-BC235的基因組與地面對照株LCT-BC244相比沒有顯著的變化。質粒分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)過空間飛行后的蠟狀芽孢桿菌比地面對照組比較少1個特異性質粒,經(jīng)過Core Pan分析發(fā)現(xiàn)該質粒上存在7個特異基因；另外,空間飛行蠟狀芽孢桿菌LCT-BC25和LCT-BC235分別有3個SNP位點。轉錄組學結果顯示,空間飛行菌株LCT-BC25和LCT-BC235與地面對照菌株LCT-BC244比較,有千余個基因發(fā)生了差異表達,根據(jù)COG的分析結果發(fā)現(xiàn),空間飛行后兩株細菌主要的改變集中在轉運和代謝方面。差異表達基因的功能分析發(fā)現(xiàn),兩株空間突變株同向性上調或者下調表達基因是受空間環(huán)境因素影響導致兩株飛行株共性的改變,即空間環(huán)境對這兩株細菌共同的影響是離子的轉運；非同向性表達基因在與影響細菌形態(tài)和結構上的差異反映了兩株菌在生長方面的差異；兩株空間飛行株的各自特異表達基因主要反映在代謝方面的差異反映了提示了空間環(huán)境對細菌誘變作用的不定向性,細菌通過代謝機制來適應空間環(huán)境的變化。蛋白質組學共鑒定到1067個蛋白質,功能分析顯示這些蛋白質與細菌的代謝相關。盡管空間飛行株LCT-BC25和LCT-BC235雖然空間暴露的條件相同,而且差異表達蛋白都是體現(xiàn)在代謝方面的改變,但是這些代謝相關蛋白發(fā)生變化的表達水平不同,反映了空間環(huán)境因素對菌株影響的不定向性。轉錄組、蛋白組整合分析發(fā)現(xiàn)兩株空間飛行株的差異表達的基因和蛋白都是集中于代謝水平的變化。 結論：本研究首次利用表型、基因組、轉錄組和蛋白組學技術研究空間飛行對蠟狀芽孢桿菌的影響,即空間環(huán)境能夠影響蠟狀芽孢桿菌的代謝、結構和毒力因子等的改變�？臻g飛行后蠟狀芽孢桿菌的變化的意義尚待觀察研究。研究微生物對空間環(huán)境的影響將成為載人太空探索的重要組成部分,也有利于空間的微生物學的發(fā)展。
【關鍵詞】：蠟狀芽孢桿菌 空間飛行 表型 基因組 轉錄組 蛋白組
【學位授予單位】：南開大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：R85
【目錄】：

• 中文摘要5-7
• Abstract7-15
• 英文縮略詞表15-16
• 第一章 引言16-22
• 第二章 蠟狀芽孢桿菌的空間搭載和空間飛行返回后細菌表型的改變22-41
• 第一節(jié) 概述22
• 第二節(jié) 材料與方法22-30
• 2.2.1 搭載裝置的設計與制備22-23
• 2.2.2 蠟狀芽孢桿菌的選擇和搭載樣本的接種23-24
• 2.2.3 搭載過程24
• 2.2.4 神舟八號返回后樣品的初步處理24-25
• 2.2.5 形態(tài)學觀察25-26
• 2.2.6 空間突變株的篩選26-27
• 2.2.7 菌株的耐藥性實驗27-29
• 2.2.8 菌株的溶血實驗29
• 2.2.9 菌株的Biolog實驗29-30
• 2.2.10 菌株的生長曲線30
• 第三節(jié) 實驗結果30-37
• 2.3.1 細菌沙宣鑒定步驟30-32
• 2.3.2 空間飛行后細菌的形態(tài)學特點32
• 2.3.3 細菌16s測序分析32-33
• 2.3.4 耐藥性檢測33-34
• 2.3.5 溶血檢測34
• 2.3.6 Biolog生化譜檢測34-35
• 2.3.7 生長曲線35-37
• 第四節(jié) 討論37-40
• 第五節(jié) 結論40-41
• 第三章 空間飛行后蠟狀芽孢桿菌突變株基因組的改變41-84
• 第一節(jié) 概述41
• 第二節(jié) 材料與方法41-47
• 3.2.1 蠟狀芽孢桿菌突變株和對照株基因組DNA提取41
• 3.2.2 測序文庫的構建41-42
• 3.2.3 測序策略42-43
• 3.2.4 數(shù)據(jù)的產(chǎn)出和質量控制43
• 3.2.5 基因組組裝43-44
• 3.2.6 基因預測及注釋分析44
• 3.2.7 比較基因組學分析44-47
• 第三節(jié) 實驗結果47-79
• 3.3.1 蠟狀芽胞桿菌突變株和對照株基因組DNA的提取47-48
• 3.3.2 測序后數(shù)據(jù)產(chǎn)出和質量控制48-53
• 3.3.3 數(shù)據(jù)組裝53-60
• 3.3.4 基因預測與注釋分析60-67
• 3.3.5 比較基因組學分析67-79
• 第四節(jié) 討論79-82
• 第五節(jié) 結論82-84
• 第四章 空間飛行對蠟狀芽孢桿菌轉錄組的影響84-106
• 第一節(jié) 概述84
• 第二節(jié) 材料與方法84-89
• 4.2.1 蠟狀芽孢桿菌總RNA提取84
• 4.2.2 轉錄組測序84-86
• 4.2.3 測序評估86-87
• 4.2.4 基因表達情況87-88
• 4.2.5 基因差異表達分析88-89
• 4.2.6 功能分析89
• 第三節(jié) 實驗結果89-102
• 4.3.1 總RNA提取89-91
• 4.3.2 測序結果的評估91-95
• 4.3.3 基因表達95-97
• 4.3.4 基因差異表達分析97-98
• 4.3.5 差異表達基因的功能注釋98
• 4.3.6 差異基因表達模式聚類分析98
• 4.3.7 差異表達基因的功能富集分析98-102
• 第四節(jié) 討論102-105
• 第五節(jié) 結論105-106
• 第五章 空間飛行對蠟狀芽孢桿菌蛋白質組的影響106-144
• 第一節(jié) 概述106
• 第二節(jié) 材料與方法106-111
• 5.2.1 iTRAQ定量原理106-108
• 5.2.2 iTRAQ定量蛋白質組實驗流程108-109
• 5.2.3 信息分析流程109-111
• 5.2.4 蛋白功能分析111
• 5.2.5 兩株空間飛行株的聚類分析111
• 第三節(jié) 實驗結果111-139
• 5.3.1 總蛋白的提取、院基化處理和濃度測定112-113
• 5.3.2 蛋白質譜鑒定113-117
• 5.3.3 蛋白質定量117-119
• 5.3.4 功能分析119-122
• 5.3.5 差異表達蛋白的富集分析122-137
• 5.3.6 兩株空間飛行株的聚類分析137-139
• 第四節(jié) 討論139-142
• 第五節(jié) 結論142-144
• 第六章 空間飛行對蠟狀芽孢桿菌影響的系統(tǒng)生物學分析144-155
• 第一節(jié) 概述144
• 第二節(jié) 材料與方法144-145
• 6.2.1 基因組與轉錄組、蛋白組144
• 6.2.2 轉錄組與蛋白組144
• 6.2.3 基因組、轉錄組和蛋白組的整合分析144-145
• 第三節(jié) 實驗結果145-152
• 6.3.1 基因組與轉錄組、蛋白組145
• 6.3.2 轉錄組與蛋白組145-152
• 第四節(jié) 討論152-154
• 第五節(jié) 結論154-155
• 第七章 研究結論155-159
• 7.1 研究結論155
• 7.2 本研究的優(yōu)點155
• 7.3 本研究的不足之處155-157
• 7.4 今后的實驗解決方案和解決思路157
• 7.5 展望157-159
• 參考文獻159-166
• 致謝166-167
• 綜述167-175
• 個人簡介175-177

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 謝瓊;李勇枝;宿雙寧;吳元亮;;空間環(huán)境對13株微生物生物學特性的影響[J];感染.炎癥.修復;2003年04期

2 魏麗勤;方曉梅;李寧梅;郭愛蓮;顧�？�;;太空搭載泰樂菌素高產(chǎn)菌株的選育[J];工業(yè)微生物;2007年01期

3 尹煥才;薛小平;楊慧;謝玉為;唐蕊華;蘇婧;宋凱;呼延霆;汪樺;;模擬微重力環(huán)境下細菌生物學效應的初步研究[J];航天醫(yī)學與醫(yī)學工程;2009年05期

4 謝瓊,吳元亮,李勇枝,宿雙寧;空間環(huán)境對13株微生物生物學特性的影響[J];中華醫(yī)院感染學雜志;2004年11期

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本文編號：557212