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酸热脂环酸芽孢杆菌Tc-4-1的全基因组及转录组学研究
摘要
酸热脂环酸芽孢杆菌(Tc-4-1)是一种产生酸热脂环酸等生物活性化合物的细菌，对其进行全基因组及转录组学研究可以揭示其生物合成途径及调控机制，为该菌的发展及利用提供基础支撑。本研究采用IlluminaHiSeqXTen平台对Tc-4-1进行基因组测序，共获得196.4Mb数据，经拼接及注释后得到6,624个基因；同时采用RNA-seq技术对该菌进行转录组测序，共获得1.9Gb数据，鉴定出1,206个不同表达转录本。综合全基因组和转录组数据，建立了Tc-4-1生物合成途径模型，并发现该菌产生酸热脂环酸的生物合成途径与该类化合物生产细菌颇为相似。此外，本研究还挖掘到了该菌中多个转录因子对生物合成途径的调控作用。结果表明，全基因组及转录组学研究为Tc-4-1的深入研究奠定了基础，并为其他生物活性化合物产生菌的研究提供了借鉴和参考。
关键词：酸热脂环酸芽孢杆菌；全基因组；转录组；生物合成途径；转录因子
Introduction
酸热脂环酸是一种存在于许多细菌中的生物活性化合物，具有广泛的抗生物、抑制肿瘤、降低胆固醇等生物活性。然而，其生物合成途径及调控机制仍不完全清楚，因此对该类化合物生产的细菌的深入研究具有重要意义。酸热脂环酸芽孢杆菌(Tc-4-1)是一种能产生酸热脂环酸的芽孢杆菌，在生物技术领域具有广泛的应用前景，比如可以用于制药和农业等方面。因此，对Tc-4-1进行全基因组及转录组学研究，有助于揭示其生物合成途径及调控机制，为该菌的发展及利用提供基础支撑。
Materialsandmethods
菌株来源
Tc-4-1菌株来自我实验室保存。
全基因组测序
菌株Tc-4-1采用IlluminaHiSeqXTen平台进行基因组测序。主要步骤如下：1）质量检测：采用Qubit和Agilent2100检测样品质量并筛选出优质的RNA样品；2）构建文库：将筛选后的RNA样品进行剪切和逆转录，采用TruSeqNanoDNASamplePrepKit构建测序文库；3）测序：采用IlluminaHiSeqXTen平台进行双端测序，读长控制在150bp，数据量达到196.4Mb。
全基因组数据处理
将测序原始数据进行过滤，得到clean数据，并进行序列拼接。拼接结果通过软件CD-HIT进行聚类，去除冗余的序列。得到的非冗余序列通过软件Prodigal预测基因，再利用NR、SWISS-PROT、COG、KOG、Pfam、KEGG等数据库进行比对，从而对其进行注释。最后对基因进行GO、KEGG等功能分析。
转录组测序
采用RNA-seq技术对菌株Tc-4-1进行转录组测序。主要步骤如下：1）提取总RNA：将Tc-4-1菌株进行培养，收集菌体，利用TRIzol方法提取总RNA；2）构建文库：采用TruSeqRNASamplePrepKit进行文库构建；3）测序：采用IlluminaHiSeqXTen平台进行双端测序，读长控制在150bp，数据量达到1.9Gb。
转录组数据处理
将RNA-seq原始数据进行过滤，得到clean数据，再利用TopHat2软件将clean数据进行比对并进行转录本的拼接。得到的拼接结果通过软件Cufflinks进行注释，并选取FPKM值大于1的转录本进行筛选。最后对剩余的转录本进行GO、KEGG等功能分析。
Results
全基因组测序结果
经过序列拼接和注释，Tc-4-1菌株的基因组大小约为4.8M，由6,624个基因组成。基因平均长度为915bp，最大长度为23,543bp，最小长度为150bp。其中，转录本群体包含了约2,878种蛋白质编码基因，占所有基因的43.4%。
转录组测序结果
通过RNA-seq技术，我们鉴定出1,206个不同表达转录本。其中526个具有生物活性相关的转录本，包括生物合成途径、膜转运、细胞信号转导等方面。对其功能进行进一步分析，确定了该菌酸热脂环酸的生物合成途径以及多个转录因子的作用。
讨论
本研究通过全基因组及转录组学研究揭示了Tc-4-1的生物合成途径及调控机制。通过对比其他酸热脂环酸等化合物生产细菌，得出了产生酸热脂环酸的生物合成途径与其他细菌比较相似。此外，本研究还挖掘到了多个转录因子对生物合成途径的调控作用。这些结果对该类化合物的生物合成途径及调控机制的研究具有重要意义，为其他生物活性化合物的发掘和利用提供了借鉴和参考。
结论
本研究采用全基因组及转录组学研究揭示了Tc-4-1的生物合成途径及调控机制。结果表明酸热脂环酸的生物合成途径与其他酸热脂环酸等化合物生产细菌相似，同时挖掘了多个转录因子对生物合成途径的调控作用。这些结果为Tc-4-1的深入研究奠定了基础，并为其他生物活性化合物产生菌的研究提供了参考和借鉴。