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苏云金芽胞杆菌SigL和sRNA功能的生物信息分析

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缩略语表

第一章 苏云金芽胞杆菌SigL的功能研究

1.1 前言

1.1.2σ54家族的作用机制

1.1.3 依赖于σ54的细菌增强因子结合蛋白和噬菌体休克蛋白

1.1.4 受σ54调控的基因的生理功能

1.1.5立题依据

1.1.6 目的与意义

1.2 材料与方法

1.2.1 菌株与质粒

1.2.2 主要试剂

1.2.3 培养基与溶液

1.2.4 实验仪器

1.2.5 YBT-1520中SigL和bEBP的结构和功能的生物信息分析

1.2.6 细菌双杂交实验

1.3 结果与分析

1.3.1 苏云金芽胞杆菌σ因子差异比较

1.3.2 YBT-1520中SigL的鉴定和SigL转录基因的生物信息分析

1.3.3 SigL转录基因的COG功能分类

1.3.4 8株芽胞杆菌菌株中bEBP数量和结构分析比较

1.3.5 YBT-1520中6个bEBP的结构域

1.3.6 YBT-1520中6个bEBP的σ54互作结构域详细分析

1.3.7 YBT-1520中6个bEBP功能分析

1.3.8 YBT-1520中SigB和RsbW相互作用的研究

1.3.9 YBT-1520中bEBP与PspA的蛋白质相互作用的实验验证

1.4 讨论

1.4.1 细菌双杂交系统在σ因子和抗σ因子相互作用研究中的应用

1.4.2 YBT-1520中SigL和bEBP结构和功能研究

1.5 小结

第二章 苏云金芽胞杆菌sRNA功能研究

2.1 前言

2.1.1 原核sRNA研究进展

2.1.2 反义RNA研究进展

2.1.3 蛋白结合的sRNA

2.1.4 核酸开关的研究进展

2.1.5 CRISPR的研究进展

2.1.6 立题依据

2.1.7 目的与意义

2.2 材料与方法

2.2.1 本文采用的数据

2.2.2 sRNA预测方法

2.2.3 sRNA靶基因的预测

2.2.4 功能已知核酸开关的预测

2.2.5功能未知核酸开关的预测

2.2.6 CRISPR的预测方法

2.3 结果与分析

2.3.1 基因组sRNA的预测结果

2.3.2 已知核酸开关的预测和比较功能分析

2.3.3 未知核酸开关的预测和比较功能分析

2.3.4 基因组小的新ORF预测结果

2.3.5 YBT-1520和CT-43质粒CRISPR的比较分析

2.4 讨论

2.4.1 YBT-1520中microRNA的分析方法

2.4.2 miRNA表达谱构建

2.4.3 样品间已知miRNA成熟体差异分析

2.4.4 已知miRNA成熟体比对到基因组预测前体

2.4.5 miRNA的结构分析

2.5小结

结论与展望

参考文献

致谢

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摘要

苏云金芽胞杆菌(Bacillus. thuringiensis)是目前应用最广泛的微生物杀虫剂。在形成芽胞的同时,B.thuringiensis还大量表达杀虫晶体蛋白并将其组装成伴胞晶体,相关的调控机制一直是研究的热点和难点。sigL基因编码的产物SigL是细菌中调控许多重要代谢途径的σ因子。到目前为止,几乎在所有物种中都鉴定到了非编码RNA作为基因表达的调节因子,对基因的转录、翻译起到复杂的抑制或者激活作用,而B.thuringiensis sRNA的研究目前还是空白。
  本研究对B.thuringiensis YBT-1520的SigL及其增强子结合蛋白(bacterial enhancer binding protein,bEBP)的结构和功能进行了分析;在基因组水平阐释了YBT-1520和BMB171菌株的sRNA的种类和功能。取得的主要成果如下:
  1)YBT-1520菌株SigL及其bEBP的结构和功能的生物信息学分析
  YBT-1520菌株基因组中存在1个SigL和6个bEBP,而且bEBP在结构上具有丰富的多样性,包含了bEBP的所有可能的结构域组织类型。SigL所调控的基因涉及11个COG功能类群,其中包括能量代谢、氨基酸代谢、翻译与细胞周期等。根据bEBP在基因组的位置推测,YBT-1520中bEBP参与γ-氨基丁酸代谢途径、精氨酸代谢途径、支链脂肪酸降解途径、多糖分解代谢等代谢途径的调控。
  2)YBT-1520菌株bEBP与PspA相互作用的验证
  用细菌双杂交的方法研究了YBT-1520中的bEBP与噬菌体休克蛋白(phage-shock protein,PspA)之间的两两相互作用关系。在已完成的2个bEBP和2个PspA之间,Bt1520GL001560和Bt1520GL000962有强烈的相互作用,其他组合互作关系不明显。结果提示,YBT-1520中bEBP与PspA的相互作用关系可能更复杂,且不同于Escherichia coli中的PspA和PspF类似的调控关系。
  3)YBT-1520和BMB171基因组sRNA的分析和功能预测
  YBT-1520基因组中共预测到575条sRNA,其中18条为rRNA或tRNA,441条反式编码的反义sRNA(trans-encoded antisense RNAs)、26条功能已知的核酸开关(riboswitch)、90条功能未知的潜在核酸开关,这些潜在的核酸开关可能与17个COG功能类群密切相关。BMB171基因组中共预测到576条sRNA,其中30条为rRNA或tRNA、402条反式编码的反义sRNA、25条功能已知核酸开关、119条是功能未知的潜在核酸开关,这些潜在的核酸开关可能与信号转导、细胞膜的形成、蛋白翻译后修饰、转运、碳代谢、能量代谢、脂类代谢等18个COG功能类群相关。
  综上所述,本研究通过多种生物信息分析手段的综合运用并结合部分实验验证,开展了B.thuringiensis SigL和sRNA的结构和功能研究。本研究将为深入分析B.thuringiensis伴胞晶体和芽胞形成过程中物质和能量代谢的变化提供重要依据。

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