苏云金芽胞杆菌代谢网络的模拟重构及比较分析

论文摘要

苏云金芽胞杆菌（Bacillus thuringiensis）是一种广泛分布于土壤中的革兰氏阳性细菌,稳定期时能在细胞的两端产生芽胞和杀虫晶体蛋白（Insecticidal Crystal Proteins, ICPs）,其高效杀虫活性就源于该蛋白。苏云金芽胞杆菌是目前世界上使用最广泛的微生物杀虫剂之一,它能如此大量的产生杀虫晶体蛋白,其碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢方面应该具有一定的特异性。本文是在长期对苏云金芽胞杆菌基因组测序、蛋白质组、代谢调控、次生代谢产物基因簇及其调控等大量研究的基础上,运用生物信息学方法,对苏云金芽胞杆菌的碳水化合物代谢、氨基酸代谢及能量代谢进行了比较和分析,然后采用RT-PCR的方法验证了重要代谢途径上的酶。希望找到与晶体形成相关的功能基因。1.利用生物信息学方法分别对已发表的6株炭疽芽胞杆菌、10株蜡状芽胞杆菌、3株苏云金芽胞杆菌及本实验室完成全基因组测序的苏云金芽胞杆菌菌株YBT-1520、BMB 171和CT-43等的碳水化合物代谢、氨基酸代谢和能量代谢网络图进行了模拟重构。2.比较分析了苏云金芽胞杆菌菌株YBT-1520、BMB 171和CT-43与蜡状芽胞杆菌、炭疽芽胞杆菌的碳水化合物代谢途径、氨基酸代谢途径和能量代谢途径的差异,并预测这3种菌代谢途径的共性和特性。这3种菌都存在必需的糖酵解、三羧酸循环、胱氨酸代谢、精氨酸代谢及能量代谢等途径；同时它们还存在特殊的代谢途径,如蜡状芽胞杆菌对单糖的利用率较高；炭疽芽胞杆菌的氨基酸降解和转运途径较丰富；苏云金芽胞杆菌中存在催化谷氨酸转化为γ-氨基丁酸的代谢旁路等。3.经预测,菌株CT-43在碳水化合物代谢途径、氨基酸代谢途径和能量代谢途径的某些途径中都存在同功酶,采用RT-PCR研究该菌在对数期和稳定期时各同功酶的表达情况。实验结果表明：对数早期时,各同功酶均不表达；稳定期时,苹果酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶黄素蛋白亚基、谷草转氨酶、丁酰辅酶A脱氢酶、氨基酰化酶、丙酮酸脱羧酶、苏氨酸脱水酶等表达。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略语
• 1. 前言
• 1.1 苏云金芽胞杆菌简介
• 1.2 苏云金芽胞杆菌基因组学概述
• 1.3 苏云金芽胞杆菌蛋白质组学概述
• 1.4 苏云金芽胞杆菌代谢组学概述
• 1.4.1 代谢网络模拟分析
• 1.5 苏云金芽胞杆菌YBT-1520、BMB 171、CT-43的特性
• 1.6 本研究的目的和意义
• 2. 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 菌株
• 2.1.2 培养基
• 2.1.3 试剂
• 2.1.4 仪器及软件
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 细菌总RNA抽提
• 2.2.2 总RNA反转录成cDNA
• 2.2.3 PCR扩增
• 2.2.4 代谢网络模拟重构
• 3. 结果和讨论
• 3.1 代谢网络的模拟重构
• 3.1.1 利用AnEnPi软件构建的代谢网络图
• 3.1.2 利用SEED软件构建的代谢网络图
• 3.2 模拟代谢网络的比较分析
• 3.2.1 利用AnEnPi软件构建的代谢途径比较分析
• 3.2.1.1 碳水化合物代谢途径比较分析
• 3.2.1.2 氨基酸代谢途径比较分析
• 3.2.1.3 能量代谢途径比较分析
• 3.2.2 利用SEED软件构建的代谢网络的比较分析
• 3.2.2.1 碳水化合物代谢途径的比较分析
• 3.2.2.2 氨基酸代谢比较分析
• 3.2.2.3 能量代谢比较分析
• 3.3 苏云金芽胞杆菌菌株CT-43代谢途径中同功酶的验证
• 3.4 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录