【摘 要】
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牦牛是青藏高原上的“全能”型家畜,也是西藏当地生活生产的必需品,为农牧民提供生活和经济来源。近些年,多杀性巴氏杆菌(Pasteurella multocida,Pm)造成西藏牦牛多起出血性败血症,有一定的传染性、病亡率,给该地区牦牛养殖业的发展造成了一定的经济损失。为了明确牦牛源Pm菌株Tibet-Pm1的基因组、生物信息学特征、基因型及其rpoE基因在菌株中的作用,本研究通过全基因组提取,利用纳
【基金项目】
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财务部和农业农村部-国家现代农业产业技术体系(CARS-37); 西藏自治区科技厅2019年度重点项目;
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牦牛是青藏高原上的“全能”型家畜,也是西藏当地生活生产的必需品,为农牧民提供生活和经济来源。近些年,多杀性巴氏杆菌(Pasteurella multocida,Pm)造成西藏牦牛多起出血性败血症,有一定的传染性、病亡率,给该地区牦牛养殖业的发展造成了一定的经济损失。为了明确牦牛源Pm菌株Tibet-Pm1的基因组、生物信息学特征、基因型及其rpoE基因在菌株中的作用,本研究通过全基因组提取,利用纳米孔的单分子实时电信号测序技术(Oxford Nanopore Technologies,ONT),进行全基因组测序;将测序结果进行基因组分析、功能注释分析、专有数据库注释分析、蛋白亚细胞定位、绘制基因组圈、上传序列至NCBI;通过PCR扩增对Tibet-Pm1进行了荚膜分型、脂多糖分型、多基因序列分型、多杀性巴氏杆菌Kmt特异性基因、rpoE基因、细菌通用16S r DNA测定,在全基因预测的基础上,将rpoE基因进行克隆测序、基因序列分析、生物信息学分析,在线分析鉴定该株牦牛源多杀性巴氏杆菌ST型;利用同源重组技术对Tibet-Pm1菌株的rpoE基因进行敲除,将突变株和野毒株进行生化特性试验、抗逆性试验、细胞黏附试验、细胞凋亡试验、致病性试验、载菌量试验,进一步了解rpoE基因在Tibet-Pm1中的作用;将为了解西藏牦牛源Pm的基因组学、rpoE基因的致病机制及疫苗研究提供理论依据。本研究结果主要包括以下方面:1.通过对Tibet-Pm1菌株全基因组测序,其基因序列全长为2 331 688 bp;预测出编码基因2 138个,总长2 068 839 bp,重复序列预测长度3 266 bp,占总长度的0.14%,非编码RNA预测中发现有19个r RNA共3个家族,有59个t RNA共33个家族,有43个other nc RNA共27个家族,5个基因岛,启动子962个,非冗余蛋白质库中Pm有2 091个,GO数据库中有37类蛋白,kegg功能注释中有48类蛋白,egg NOG数据库注释中有25类蛋白,CAZy数据库注释中糖基转移酶占比最多51.47%,TCDB数据库中有660个转运蛋白,CARD数据库中预测了3种抗性蛋白,蛋白亚细胞定位分析发现含有190个信号肽、509个跨膜蛋白和190个分泌蛋白,通过基因组圈图可清晰分析基因组组分间的位置关系,rpoE基因分析表明为RNA聚合酶sigma-70因子,可能是Tibet-Pm1菌株的毒力因子,并获得基因序列登录号为CP072655。2.通过PCR鉴定、测序、网站比对,Tibet-Pm1菌株为B:L2:ST44基因型,rpoE基因和印度牛源多杀性巴氏杆菌rpoE基因相似度为100%,rpoE基因序列长576 bp,编码191个氨基酸,预测分子量为22.0 ku,理论等电点4.86,属于不稳定、无跨膜结构、无信号肽、有保守结构域、有潜在磷酸化的胞内亲水性蛋白,二级结构α-螺旋占比最高67.02%,三级结构为棒状微弯曲模型,存在多个抗原表位,预测可与10个蛋白存在相互作用,且部分结果和全基因组中rpoE分析一致。3.通过PCR鉴定、测序、目的基因和载体酶切、连接,成功构建了自杀载体p BC-SK-△rpoE,将自杀载体利用电转化技术转化至Tibet-Pm1感受态细胞中,通过正向筛选成功筛选出Kana基因替换rpoE基因的突变株,通过PCR鉴定、测序,表明该突变株在传代中可稳定遗传。4.通过对野毒株和rpoE基因缺失株在生物学特性方面的研究分析,两菌株在生化特性上无差异,在抗逆性试验中突变株在20℃和42℃中的生长状态受影响较大,环境突变后突变株存活率较低,rpoE基因缺失株生物被膜受到影响,黏附细胞数量减少、细胞凋亡数下降、降低了对家兔的致病性,内脏器官载菌量明显减少。综上所述,通过对西藏牦牛源Pm基因分析及?rpoE突变株的生物学特性研究,明确了Tibet-Pm1菌株全基因组序列(CP072655)及其基因功能特性的预测,鉴定了Tibet-Pm1菌株的基因型,预测了rpoE基因编码蛋白的功能特性,成功构建了Pm自杀载体p BC-SK-△rpoE,并筛选出了rpoE基因突变株,探究了突变株和野毒株在的生物学特性,表明了rpoE编码蛋白是一个具有良好免疫原性的疫苗候选抗原蛋白,rpoE在Tibet-Pm1菌株的抗逆性、生物被膜、黏附性、致病性上有一定调节作用。将为进一步深入研究西藏牦牛源Pm疫苗和探索rpoE基因在Tibet-Pm1菌株中的致病机制奠定理论基础。
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