低能离子注入介导的沙漠寡营养细菌rRNA基因突变研究

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低能离子注入生物体技术是近些年来发展起来的物理诱变育种技术,该技术一般采用活性氮离子,注入生物样品后掺入靶分子形成新物质,引起生物体的变异,从而引发生物学效应。  为了进一步理解低能 N+注入介导外源基因转化沙漠寡营养细菌(DOB)引发的rRNA基因的突变情况,本研究在DOB基因组De novo测序的基础上应用生物信息学方法分析了3株离子束重组DOB菌株DOB073、DOB113、DOB981与原始菌株DOB150的rRNA基因序列,并对其rRNA基因的突变进行了研究。通过从DOB基因组De novo测序数据中获取这些DOB菌株的5srRNA、16S rRNA、23srRNA的基因序列,研究其基因突变的基本规律,分析基因突变的具体位点,统计其拷贝数、GC含量、计算进化距离和分子钟,进而构建进化树,并分析基因的进化程度,寻找并分析比对结果中的保守区域。  rRNA基因拷贝数分析结果表明:重组突变菌 DOB073的5srRNA和16s rRNA基因拷贝数分别比原始菌株 DOB150增加了14和5个;重组突变菌DOB113的16s rRNA基因拷贝数比原始菌株DOB150增加了5个;重组突变菌DOB981的5srRNA基因拷贝数比原始菌株DOB150减少了1个,而其16s rRNA基因拷贝数增加了5个;3株重组突变菌株的23s rRNA基因拷贝数与对照菌株DOB150相同。  rRNA基因碱基突变位点的研究结果显示,3株重组突变菌的5srRNA基因均在第4、107、112、114处发生了碱基突变,DOB073和DOB113还在第104处发生了碱基突变;3株重组突变菌的16srRNA基因的5-6个碱基突变分别分布于C1区、V1区、V2区、V4区、V6区、V7和V9区;3株重组突变菌的23srRNA基因的保守性较强,只有2-3个碱基位点发生了突变。  基因进化分析结果显示,重组突变菌株DOB073和DOB113的5srRNA基因和23srRNA基因的进化速度均快于重组突变菌株 DOB981。而 DOB981的16srRNA基因的进化速度快于DOB073和DOB113。  rRNA基因序列的保守二级结构的研究结果表明:三株重组突变菌株的16srRNA基因和原始菌株的16srRNA基因均具有9个保守二级结构,其碱基位置分别为:80-120,120-240,240-360,360-480,400-520,640-760,760-880,800-920和1420-1540。而三株重组突变菌株的23srRNA基因和原始菌株的23srRNA基因都均具有13个保守二级结构,其处碱基位置分别为:40-160,80-200,120-240,720-840,1200-1320,1480-1600,1520-1640,2120-2240,2200-2320,2240-2360,2280-2400,2360-2480,2520-2640。  通过对3株重组突变DOB菌株的3种rRNA基因的研究,从分子水平上揭示了离子注入介导DOB菌株rRNA基因突变与进化的分子机制,也为离子注入介导获得的DOB的多样性提供了理论和实践依据,特别是是为低能离子注入介导的原核微生物的进化提供了直接的分子证据。
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