基于转录组测序技术初探土生拉乌尔菌TGRB3的汞响应基因

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汞(Hg)属于生物非必需元素,具有长距离迁移、易生物富集等特性,不同形态的汞污染已经成为了世界所关注的环境问题。甲基汞主要是由微生物代谢所产生的,汞生物甲基化过程是一种细胞反应,因此,研究细菌对无机汞的响应以及生物转运过程,对于了解生物汞甲基化机制至关重要。目前国内外学者在细菌汞的应激响应和转运过程方面有一定的进展,但是对于相关基因挖掘和代谢途径等方面研究较少。项目组前期分离筛选了数株具有汞甲基化能力的好氧/兼性厌氧菌株,并对其进行了生理生化、同位素示踪等试验。基于此,本研究选用具有汞甲基化能力的兼性厌氧土生拉乌尔菌(Raou Ltella terrigena TGRB3,简称B3)为研究对象,运用转录组测序技术,开展了不同汞浓度处理条件下TGRB3菌株的转录组学分析;进而,根据转录组分析结果,开展了钼酸盐对菌株汞甲基化能力影响的试验。本研究初步发现了可能参与汞生物应激响应及转运的关键基因、并推测其代谢途径,为细菌对环境汞污染的生物响应及转运过程的分子机制提供理论基础。主要试验结果如下:(1)试验以添加外源Hg2+(500 ng/L)为实验组,以不添加外源汞(0 ng/L)为对照组,分别于试验的第3、9、24小时取样,每个处理设2个重复,共计12个样本,分别提取细菌总RNA,各样品进行转录组测序,结果表明,各转录本读序均大于3.8G,且有90.74%以上的序列能够与参考基因组序列进行有效比对。进而对所获得的转录组基因在GO、KEGG、NR、COG、Swissprot等数据库进行比对,共有5400个基因获得功能注释。其中,GO功能注释到的生物进程(Biological process,BP)条目最多,其中分属细胞过程(cell process)、代谢过程(metabolic process)和结合(binding)的功能注释分别为13.35%、13.22%和12.43%;COG功能注释中复制与修饰(replication,recombination and repair)、无机离子运输与代谢(inorganic ion transport and metabolism)、转录(transcription)等条目注释到的基因最多,分别为12.9%、8.8%、8.5%;KEGG代谢通路中注释率最高的是全景基因通路(global and overview maps)、碳水化合物代谢(carbohydrate metabolism)、细胞膜运输(membrane transport)等,分别注释到的基因有23.73%、10.07%、7.79%。上述转录组基因的分类、功能注释获得的结果,有利于项目后续的试验开展。(2)对上述样本测序得到的转录组数据,分别进行了:(a)对照组与实验组之间、和(b)各组内不同时间(3、9、24h)之间的基因表达量差异分析。其中,(a)在3、9、24h的处理中,分别筛选出490、42、27个差异表达基因;(b)对照组组内比较中,3h vs 9h(CK)处理、9h vs 24h(CK)处理间分别有1383、1343个差异表达基因,而实验组组内比较中,3h vs 9h(B)、9h vs 24h(B)分别有1270、1546个差异表达基因。在对差异表达基因进行韦恩(Venn)图分析和GO、KEGG注释及富集等分析基础上,开展功能基因挖掘分析,筛选结果表明,(a)对照组与实验组之间比较中,汞应激响应相关有27个候选基因,如Kat G等,汞生物转运有23个候选基因,如Yfe H等;(b)组内比较中,汞应激响应相关有17个,如Fli C等,汞生物转运相关有38个候选基因候选基因,如Kdp C等。此外,还对上述候选基因进行了q RT-PCR验证,结果与转录组测序结果一致,表明了转录组测序结果的准确性及候选基因的可靠性。(3)根据转录组分析结果,结合钼酸盐对硫酸盐还原菌(SRB)生长抑制等文献,开展了(a)不同浓度钼酸盐(0、0.25、0.5、1 m M)对菌株生长影响试验,结果表明:钼酸盐浓度对SRB1、SRB2菌株生长产生抑制,且随着浓度越高抑制效果越显著,而TGRB3、TGRB4菌株均能在含有不同浓度钼酸盐培养基中正常生长;进而,开展(b)在不同钼酸盐浓度(0、0.25、0.5 m M),初始Hg2+浓度为0、500 ng/L条件下,菌株汞生物甲基化能力影响试验,结果表明:厌氧条件下,SRB1的甲基汞含量随着钼酸盐浓度的增加而显著降低,但TGRB3的汞甲基化能力与钼酸盐浓度无关;好氧条件下,菌株TGRB3、TGRB4的汞甲基化能力与钼酸盐浓度无关。
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