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为探究卤代有机污染物的生物修复机制,研究人员对从受污染土壤中分离的假单胞菌属(Pseudomonas)PP3 进行全基因组测序。结果发现其基因组大小为 6.42Mb,与 P. reinekei 最相近,且确认了移动遗传元件 DEH。这为生物修复研究提供了关键见解。
卤代有机化合物被广泛用作除草剂、杀虫剂、防腐剂、溶剂等。然而,许多这类化合物的持久性和毒性引发了人们对其使用的严重环境担忧。假单胞菌属物种对包括卤代链烷酸在内的这类化合物的生物降解作用是众所周知的。
假单胞菌属菌株 PP3 是从土壤微生物群落中,以除草剂 2,2 - 二氯丙酸作为唯一碳源和能源,在恒化器培养中分离得到的。为长期保存,该菌株保存在 - 80°C 的 40%(体积 / 体积)甘油冻存管中;在常规实验室培养时,于 30°C、150 转 / 分钟振荡条件下,在含有 5mM 卤代底物的标准基础盐培养基(SBS)中需氧培养。
为进行基因组测序,PP3 在含有 10mM 2 - 氯丙酸的 SBS 培养基中培养 24 小时。通过离心(4000 转 / 分钟,10 分钟,ALC - PK120 离心机)收集细胞,然后按照制造商的方案,使用 Wizard 基因组 DNA 纯化试剂盒(Promega)提取基因组 DNA。经过质量控制后,利用 Covaris g - TUBE 对 DNA 进行剪切和大小选择(约 10kb),并由 Novogene(英国)进行测序。测序文库使用 SMRTbell 模板制备试剂盒 1.0(PacBio)和用于 Illumina 的 NEBNext DNA 文库制备试剂盒进行制备。基因组测序在 PacBio Sequel SMRT Cell 1M 和 Illumina NovaSeq 6000(双端,2×150bp)上进行。总共获得了 208,470 条高质量的 PacBio 子读数(平均长度 = 5218bp;N50 = 7983bp)和 19,253,220 条 Illumina 原始读数,并使用 FastQC v0.11.8 进行质量检查。利用 Flye v2.8 从 PacBio 子读数中进行从头组装,将基因组(620 倍覆盖度)组装成一个重叠群,然后分别使用 PacBio 读数通过 Arrow(借助 pbmm2 v1.4.0、GCpp v2.0.0 工具)和 Illumina 读数使用 Pilon v1.23 按默认设置进行校正。使用 Circlator v1.5.5 在 dnaA 基因起始位置对组装好的基因组进行重定位。
基因组组装的大小和其他指标如下:大小为 6,421,237bp,G + C 含量为 59.17%,与其他假单胞菌属物种相似。通过 PGAP v6.7 和 CGView 鉴定出 5745 个编码 DNA 序列(CDS)、19 个 rRNA、71 个 tRNA 和 4 个 ncRNA 。PP3 基因组包含两个之前描述过的 2 - 卤代链烷酸脱卤酶基因(代表 dehI 和 dehII 基因家族)以及一个沉默的 dehI 基因。PP3 中的 DEH 移动遗传元件被证实含有一个 dehI 家族基因及其调控基因 dehRI,两侧是两个几乎相同的插入序列(ISPpu12)。DEH 元件位于一个单独的假定脱卤酶操纵子附近。基因组中还存在其他几个编码假定脱卤酶和与卤代有机化合物分解代谢相关酶的开放阅读框(ORF)。
通过 pyani v0.2.10 进行平均核苷酸同一性(ANI)分析,以及使用类型(菌株)基因组服务器(TYGS)进行基因组比较推断,PP3 在系统发育上与 P. reinekei MT1T聚类在一起。通常,ANI 值大于 95% 被认为是同一物种,但与 P. reinekei 和其他假单胞菌属基因组的数字 DNA - DNA 杂交(dDDH)分析产生的值低于 70% 的物种阈值。ANI 和 dDDH 值共同表明,PP3 可能代表一个与 P. reinekei 密切相关的新物种。
本研究得到了多个博士生奖学金的支持,这些奖学金由 UKRI 资助或独立资助。A.J.B 感谢 UKRI 创新英国知识转移伙伴关系(KTP010966)与 Volac International Ltd. 提供的支持,G.W. 感谢生物技术与生物科学研究委员会(BBSRC)的资助(BB/S007652/1),A.J.M. 和 E.C. - O. 感谢 BBSRC 西南博士培训合作项目(BB/M009122/1)的支持。所有分析均使用医学研究委员会(MRC)微生物生物信息学云基础设施(MR/L015080/1)完成。假单胞菌属菌株 PP3 可应要求从通讯作者处获取。