Ruminiclostridium papyrosolvens DSM2782的全基因组测序及生物功能挖掘

摘要

Ruminiclostridium papyrosolvens（溶纸梭菌，R. papyrosolvens）DSM2782作为嗜中温产纤维小体厌氧梭菌中进化程度最高的纤维素降解梭菌，由于其基因组信息缺失会影响进一步的实验探究。为了能够有效地挖掘R. papyrosolvens DSM2782的生物学功能，并探究其是否具有合成有活性的次级代谢产物的潜力。采用二代Illumina联合三代PacBio测序技术，对R. papyrosolvens DSM2782进行全基因组测序和功能分析，并与同类型的嗜中温产纤维小体梭菌进行比较基因组学分析，最后对其不同碳源下的发酵液采用液相色谱-质谱联用技术（Liquid Chromatography-Mass Spectrometry,LC-MS）进行非靶向代谢检测。研究结果表明R. papyrosolvens DSM2782基因组序列全长为5 027 861 bp,GC含量为37.1%。将完整的基因组序列提交至美国国家生物技术信息中心（National Center for Biotechnology Information,NCBI）获得GenBank登录号为CP119677.1。通过原核生物基因组注释工具（Prokaryotic Genome Annotation Pipeline,PGAP）共注释了4 274个蛋白编码基因、4个ncRNA、24个r RNA以及62个tRNA。为进一步对R. papyrosolvens DSM2782基因组的功能进行分析，使用直系同源簇（Cluster of Orthologous Group,COG）、基因本体（Gene Ontology,GO）、京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG）数据库对其编码基因序列进行注释，分别有3 503、1 301、2 009个编码基因被注释。通过dbCAN3数据库在R. papyrosolvens DSM2782基因组中检测到231个不同的碳水化合物活性水解酶。通过与其他梭菌属基因组进行ANI比较，结果显示R. papyrosolvens DSM2782与R. sp. BNL1100、R. cellulolyticum H10以及R. papyrosolvens C7具有较高的同源性。同时对R. papyrosolvens DSM2782与R. papyrosolvens C7进行共线性分析，结果表明R. papyrosolvens DSM2782与R. papyrosolvens C7之间的大部分区域的序列高度同源。利用生物合成基因预测软件antiSMASH预测R. papyrosolvens DSM2782基因组中存在23个生物合成基因簇。通过非靶向代谢组学分析，发现R. papyrosolvens DSM2782可能产生4-羟基苯甲酸、尼泊金丙酯、丁酸、四氢嘧啶、去甲哈尔满、左旋多巴等物质，这也表明R. papyrosolvens DSM2782能够产生具有活性的次级代谢产物。R. papyrosolvens DSM2782全基因测序以及代谢组学结果表明其具有降解木质纤维素的功能，同时也能够产生多种具有活性的次级代谢产物。本研究为后续深入开展R. papyrosolvens DSM2782生物功能研究提供了丰富的基因组信息和基因资源。

关键词

溶纸梭菌 / 全基因组测序 / 碳水化合物活性水解酶 / 生物合成基因簇