微生物基础

细菌基因组特点

1. 基因组多为环状双链DNA,部分为线性

2. 大部分含一套染色体,少数为3套

3. 基因组:一般 3-10Mb

4. 存在一个或多个质粒

细菌RNA

rRNA:

1.6kb、9个可变区(v1-v9)、在基因组中以操纵子形式存在(具有多个拷贝),个别情况下16或者5sRNA会散落在基因组的不同位置



研究细菌基因组步骤

- 获得纯培养细菌

- 提取DNA并高通量测序

- 通过生信分析获得全部基因组序列

- 基因组注释:通过基因库和已知特征对基因进行分析,来挖掘目标基因和分析机制

- 比较基因组:不同菌株\样本通过比较基因组学,挖掘分析共同点\异同点(含量、结构、序列、功能、可能的机制等)

- 筛选与研究目的相关的基因和特殊片段

- 对分析结果进行验证

基于细菌基因组层面分析

1. 病因微生物

    致病性、耐药性相关基因及其作用机制,与宿主互作、进化分析等

    WGS+耐药\毒力基因研究+可移动原件分析(耐药性)+比较基因组学

2. 环境微生物

    环境适应性相关基因及机制研究,合成代谢研究,进化及分类研究

    WGS+环境适应性相关基因研究+合成代谢能力研究+比较基因组分析

3. 工业微生物

    合成代谢能力及机制研究,基因表达控制研究

    WGS+转录组+合成代谢研究(基因簇)及机制研究

组学之间的相关作用以及检测方法

- 基因组学:在基因组中挖掘潜在的基因信息(序列、功能、变异、修饰信息等)

- 转录组学:进一步锁定功能执行基因载体,并实现功能的表达调控机制

- 代谢组学:明确功能实际执行者,并证明功能的执行成果


微生物研究对象以及方法

16s菌鉴定

流程:

样本RNA提取→16srRNA扩增→3730xl双向测序→测序结果质控和组装→NT数据库比对和进化树构建→近缘物种信息确认

判定标准:

Stackebrandt & Goebel 提出并沿用至今的16s rRNA判定新物种标准:97%

问题:

1、 同一样本与多个不同种水平基因组相似性均>97%?

2、 同一样本与数据库中基因组相似性都很低?

局新型

1、 鉴定范围有限

2、 基因进化速率与物种进化速率不匹配:基因相似性与rRNA的相似性不一定一致

3、 鉴定标准不统一:16s多拷贝引起的序列异质性


NGS方法鉴定微生物种的办法


亚种的鉴定流程


属或者更高水平的鉴定
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