大肠杆菌O123和大肠杆菌O167 O抗原基因簇的破译和重要糖合成酶基因的预测

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脂多糖是革兰氏阴性细菌主要的表面成分,由内到外包括类脂A,核心多糖和O-抗原.O-抗原是细菌细胞最主要的表面抗原,由重复寡糖单位组成的多聚糖.由于受到选择压力的影响,细菌进化出了种类不同的O-抗原,形成了自然界中最为突出的生物多样性.通过对其多样性产生的遗传基础和进化的研究可以揭示细菌的进化和形成机理.大肠杆菌目前有166种O-抗原,具有丰富的多样性,我们选取大肠杆菌为实验材料,对大肠杆菌O123和O167型O-抗原基因簇进行破译和序列的生物信息学分析,得到如下结果:此2株大肠杆菌O-抗原基因簇都具有典型的大肠杆菌O-抗原基因簇的特征.这两株菌的O-抗原合成基因均以一个基因簇的形式出现,基因簇一般位于galF基因到gnd基因之间,并且基因的转录方向绝大部分是从从5'-3'转录,即galF基因到gnd基因的方向.都包含有单糖合成酶基因、糖基转移酶基因和寡糖单位处理基因.O-抗原基因簇中的G+C﹪偏低,通过对大肠杆菌O123和O167 O-抗原基因簇以及所有其它已得到的O-抗原基因簇进行分析发现,O-抗原基因簇中,合成酶基因的GC含量在40﹪左右,而且位于O-抗原基因簇的一端.而其他的糖基转移酶基因和寡糖单位处理基因的GC含量在30﹪左右.整个O-抗原基因簇的GC含量一般在30-40﹪,要比细菌基因组中其它位置的50﹪的GC﹪含量相比要低.目前普遍认为GC差异说明DNA片段的外源性,并随着在所在种属内的时间的增长而进化到与其它片段相似的GC比,这一特征说明O-抗原起源于低GC含量的细菌中,近期才通过横向转移进入他们现在所在的细菌中.而且单糖合成酶基因转移到大肠杆菌基因组中的时间要早于寡糖单位处理基因和糖基转移酶基因.大肠杆菌O123和O167均为典型的Wzy-依赖型的O-抗原的合成途径.我们在所有的大肠杆菌中都找到了wzy基因和wzx基因,细菌分步的由糖基转移酶将单糖转移到一个固定在细胞内膜的脂分子上,在内膜的内侧合成寡糖单位.O-抗原的寡糖单位通过转移酶(wzx)而被转移到内膜外侧,尔后通过聚合酶(Wzy)而聚合成多糖,WaaL作用,将多糖联接到一个糖脂分子上(LipidA/core)形成脂多糖分子.该论文中所陈述的大肠杆菌O167型的O-抗原基因簇与鲍氏志贺氏菌3型的O-抗原基因簇的序列几乎完全一样(相似性达到99.78﹪),这也从一个侧面表明了志贺氏菌和大肠杆菌的进化关系非常之近.我们通过生物信息学方法预测到在大肠杆菌O123 O-抗原中有D-Qui4N和L-Qui2NAc这样的稀有糖基的存在,并结合生化知识预测了此二糖基的在大肠杆菌O123中的生物合成途径.通过对大肠杆菌O123和O167 O-抗原基因簇中的可能的特异基因(wzx和wzy)进行PCR鉴定,得到了对该研究的菌特异的基因及特异的寡核苷酸.它们可用于PCR或基因芯片中,并对大肠杆菌和志贺氏菌进行灵敏、准确、快速的鉴定.

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作者
汤涛;
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作者单位

南开大学;

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授予单位南开大学;
学科生化与分子生物学
授予学位硕士
导师姓名王磊;
年度 2004
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类基因的结构和突变的分子原理;
关键词
生物信息学; O-抗原; 大肠杆菌; 糖合成酶基因; 寡糖单位处理基因;

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