两株副溶血弧菌基因组序列分析及其在不同盐度下毒力相关基因表达差异和转录组学研究

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:lczddd
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副溶血弧菌(Vibrio parahaemolyticus)是一种广泛存在于海水、半咸水环境中的人畜共患菌,会引发人腹泻呕吐等胃肠疾病,也会导致鱼虾蟹贝等水生生物疾病。因凡纳滨对虾盐度适应性广,抗病能力强,目前我国淡水养殖凡纳滨对虾发展迅速,随着养殖动物引入,原海水病原随宿主进入淡水水域,引发了淡水养殖对虾的新疾病。随着环境盐度的改变,海水病原菌通过提高细菌增殖能力以及对宿主的粘附能力来适应低盐环境并引发疾病。本文以两株不同环境下分离的致病性副溶血弧菌为研究对象,对两株副溶血弧菌进行了全基因组测序,检测了两株副溶血弧菌的毒力因子和致病力,并在不同盐度下对其生长速率和毒力基因的定量表达做了研究,结合不同盐度下两株副溶血弧菌的转录组学信息,探讨了盐度对副溶血弧菌转录和生长的影响,为探究环境因素与副溶血弧菌致病力的关系提供了科学依据。本文利用Illumina Hiseq测序平台对本实验中的两株副溶血弧菌进行全基因组测序,结果显示副溶血弧菌V9株基因组大小为5489686bp,GC含量45.23%,预测得到5202个基因,总长度为4645029bp,包括108个tRNA,1个rRNA。菌株383的基因组大小为5024488bp,GC含量45.16%,由2条环状染色体组成,预测得到4580个基因,总长度为4324071bp,包括98个tRNA,16 rRNA,其中染色体chr1大小为3172771bp,GC含量45.11%,包括84个tRNA,13个rRNA;染色体chr2大小为1851717bp,GC含量45.26%,包括14个tRNA,3个rRNA。经预测发现,菌株V9有14个基因岛;菌株383有15个基因岛,其中chr1上有13个,chr2上有2个。菌株383预测到2个不完整的噬菌体基因序列,长度分别为7.8kbp和5.7kbp。结合盐度对副溶血弧菌生长速率影响实验,发现菌株383 48h内细菌浓度OD600一直低于0.8,可能是前噬菌体变成增值态,导致细胞破裂。两株副溶血弧菌中都发现了大量毒力基因、分泌基因、耐药相关基因和入侵宿主相关的基因,两株菌均包含毒力基因tlh、MAM7和T3SS1,未预测到临床常见致病基因tdh和trh以及T3SS2,与PCR检测结果一致。两株菌都拥有抗内酰胺酶、四环素等常见水产用药的耐药基因。两株菌携带的50多种分泌基因,包含了目前已知的大多数分泌系统,有利于细菌侵入宿主细胞发挥细胞毒性和肠毒性。本研究发现,淡水菌株V9适应了低盐环境,在低盐度时生长速率快于海水菌株383,但对高盐度的耐受力有所下降。盐度对副溶血弧菌pirA基因和T3SS1内膜蛋白vcrD1基因表达有较大的影响。结果显示毒力基因的表达不仅存菌株间的差异,而且同一菌株的不同毒力基因受到的影响也是不同的。两株菌的pirA和vcrD1表达量相差10倍左右,而海水菌株383 48 h LD50为1.73×103 cfu/mL,淡水菌株V9 48 h LD50为1.32×105 cfu/mL,两菌株的LD50相差近2个数量级,本文认为2株副溶血弧菌的毒力强弱与pirA和vcrD1的表达具有相关性。同时也提示养殖业人员,淡水养殖凡纳滨对虾要防范副溶血弧菌疾病。利用Illumina Hiseq测序平台对盐度2时培养的菌株样本2-V9、2-383以及盐度20时培养的菌株样本20-V9、20-383进行转录组高通量测序,将转录测序结果和转录组文库进行比对。筛选、拼接、组装后发现,菌株V9有4251个已知功能的转录本,菌株383有4694个已知功能的转录本。在低盐条件下菌株V9有2758个基因上调,1247个基因下调,上调和下调基因数量最高的三个基因类型是细胞过程、代谢过程和单一生物过程,都属于生物过程。低盐条件下菌株383有3016个基因上调,1425个基因下调,上调基因数量最高的三个基因类型是生物过程中的细胞过程和代谢过程以及分子功能中的催化活性;下调基因中数量最高的三个基因类型是生物过程中的细胞过程、代谢过程和单一生物过程。经GO注释和KEGG通路富集分析,低盐环境下菌株V9差异表达基因主要富集到淀粉和蔗糖新陈代谢、磷酸转移酶系统(PTS)和缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸降解。低盐环境下菌株383差异表达基因主要富集到精氨酸、脯氨酸新陈代谢和缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸降解和沙门氏菌感染通路。因此认为,低盐环境会使副溶血弧菌的多种氨基酸调控通路表达出现富集现象。
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