2023-12-18
《AMB Express》
影響因子：3.7
動物(wu)營養與飼(si)料科學重點實驗室(shi)在國際著名期刊(kan)《AMB Express》發表最新研究成(cheng)果(guo)！本研究分析了菌株SR14特(te)性，發現該菌能夠生物(wu)合成(cheng)硒納米粒子，可以(yi)改善(shan)腸道抗(kang)氧化(hua)功(gong)能，采用全基因組測序(xu)方(fang)法證明了SR14的(de)基因組特(te)征，并初步確定(ding)葡萄糖補充對菌株生長和SeNPs合成(cheng)最有利。 本研究的測(ce)序和(he)部分(fen)分(fen)析由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
一、研究背景 多(duo)項研(yan)究(jiu)(jiu)表明生(sheng)物SeNPs具有抗(kang)(kang)菌、抗(kang)(kang)氧(yang)化(hua)、抗(kang)(kang)癌和促進激素分(fen)泌的(de)特征。近年來，產生(sheng)SeNPs的(de)微生(sheng)物越(yue)(yue)來越(yue)(yue)受到關注。芽孢桿菌具有較(jiao)強(qiang)的(de)環境適(shi)(shi)應性(xing)和益生(sheng)元(yuan)功能，已成為合成SeNPs的(de)合適(shi)(shi)生(sheng)物反應器。菌株SR14具有良(liang)好的(de)亞硒(xi)酸(suan)鹽抗(kang)(kang)性(xing)和SeNPs生(sheng)產能力。本研(yan)究(jiu)(jiu)旨在(zai)通過全基因(yin)組測序(xu)分(fen)析，探索SR14亞硒(xi)酸(suan)鹽還原和糖利(li)用的(de)相關基因(yin)。
二、研究材料與方法 1、實驗材料 B. paralicheniformis SR14 2、測序平臺 Illumina NavoSeq+Nanopore 3、分析內容 基因組(zu)組(zu)裝+注釋、RT-PCR、亞硒酸鹽(yan)還原反(fan)應等。
三、研究結果 結果1：SR14全基因組測序(xu)和組裝(zhuang) 為了深(shen)入了解SR14還原亞硒酸鹽的機制，本研究使用二代(dai)Illumina和三(san)代(dai)ONT測序平(ping)臺(tai)進行全基因(yin)組(zu)測序，組(zu)裝(zhuang)出該(gai)菌(jun)的全基因(yin)組(zu)序列，總長4,448,064bp，環狀、GC含量45.95%、預測出4560個(ge)功能基因(yin)、81個(ge)tRNA、24個(ge)rRNA、其他類型ncRNA共105個(ge)。 圖(tu)1 SR14基(ji)因組圈圖(tu) 結果2：菌(jun)株SR14的糖利用和亞硒酸鹽還原(yuan)特性分(fen)析 KEGG注釋結果(guo)共包含4300個(ge)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)和(he)(he)49個(ge)生物途徑，其中(zhong)(zhong)432個(ge)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)被(bei)(bei)歸(gui)類為碳(tan)水化(hua)合物代(dai)謝基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)，149個(ge)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)被(bei)(bei)分類為能量代(dai)謝基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)。SR14基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)組中(zhong)(zhong)有(you)179個(ge)與糖(tang)(tang)(tang)代(dai)謝相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)(guan)的基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)，其中(zhong)(zhong)47個(ge)與麥(mai)芽(ya)糖(tang)(tang)(tang)代(dai)謝相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)(guan)，69個(ge)與果(guo)糖(tang)(tang)(tang)代(dai)謝相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)(guan)，60個(ge)與蔗糖(tang)(tang)(tang)代(dai)謝相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)(guan)，3個(ge)與麥(mai)芽(ya)糖(tang)(tang)(tang)漿(jiang)代(dai)謝相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)(guan)。隨(sui)后，選擇葡萄(tao)糖(tang)(tang)(tang)、果(guo)糖(tang)(tang)(tang)、蔗糖(tang)(tang)(tang)和(he)(he)麥(mai)芽(ya)糖(tang)(tang)(tang)進行(xing)生長因(yin)(yin)子和(he)(he)亞硒(xi)酸鹽還原實驗。此外，共有(you)8個(ge)可(ke)能在硒(xi)復合代(dai)謝過程(cheng)中(zhong)(zhong)發揮作用的基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)，如EC:66.1.1.10（甲氧基(ji)(ji)(ji)tRNA合成酶(mei)）和(he)(he)EC:1.8.1.9（TrxR），被(bei)(bei)進一步篩選。 圖2 KEGG注釋統計圖 圖3 硒復合代謝潛在途徑 結果3：SR14在不同補糖條件下的生長特性和亞硒酸鹽還原能力 隨著(zhu)亞(ya)硒(xi)(xi)酸(suan)鈉(na)的加(jia)入，SR14的菌落(luo)變紅，表(biao)明SR14表(biao)現出亞(ya)硒(xi)(xi)酸(suan)鹽耐受(shou)性和(he)元素(su)硒(xi)(xi)的還原能力。在(zai)5 mg/L亞(ya)硒(xi)(xi)酸(suan)鈉(na)存在(zai)下(xia)培養后(hou)(hou)，不同組(zu)的肉湯(tang)顏色均變為紅色。測定(ding)了不同種(zhong)類的糖(tang)對(dui)SR14生長(chang)的影響，結果表(biao)明補充(chong)糖(tang)促進了SR14的生長(chang)，葡萄糖(tang)是(shi)最佳選擇。ICP-MS分析(xi)表(biao)明，在(zai)Glu組(zu)和(he)Suc組(zu)中(zhong)，亞(ya)硒(xi)(xi)酸(suan)鈉(na)分別在(zai)接種(zhong)后(hou)(hou)60小(xiao)時和(he)72小(xiao)時完(wan)全減(jian)少(shao)。然而(er)，即(ji)使在(zai)發酵72小(xiao)時后(hou)(hou)，其(qi)他組(zu)的肉湯(tang)中(zhong)仍有殘(can)留的亞(ya)硒(xi)(xi)酸(suan)鈉(na)（NC組(zu)93%；Con組(zu)59%；Mal組(zu)53%；Fru組(zu)36%）。 圖4 菌SR14的生長和亞硒酸鹽還原分析 結果4：不同糖補充條件下選擇的基因mRMA豐度分析 為了驗(yan)證基(ji)因組測序結果(guo)中(zhong)亞硒(xi)(xi)酸還原基(ji)因的相(xiang)關表(biao)達(da)，評估(gu)了亞硒(xi)(xi)酸還原酶(mei)的mRNA豐(feng)度，包括(kuo)TrxR、富(fu)馬酸還原酶(mei)和(he)谷胱甘肽(tai)過氧化物酶(mei)。補充(chong)葡(pu)萄糖可使TrxR、富(fu)馬酸還原酶(mei)和(he)谷胱甘肽(tai)過氧化物酶(mei)的表(biao)達(da)顯著上(shang)調153.9倍(bei)、20.2倍(bei)和(he)10.7倍(bei)。此(ci)外(wai)，補充(chong)蔗糖可使TrxR的表(biao)達(da)上(shang)調70.7倍(bei)（P<0.00001）。 與(yu)其他三組相比，在補充葡(pu)萄糖(tang)(tang)的(de)情況下，葡(pu)萄糖(tang)(tang)-6-磷酸(suan)脫(tuo)氫酶的(de)mRNA表(biao)達顯(xian)著(zhu)上調(diao)（79.3倍）。同時，補充葡(pu)萄糖(tang)(tang)顯(xian)著(zhu)增(zeng)加(jia)了果糖(tang)(tang)激酶的(de)mRNA表(biao)達。然而，四種糖(tang)(tang)補充劑均未(wei)顯(xian)著(zhu)影響麥芽糖(tang)(tang)-6′-磷酸(suan)葡(pu)萄糖(tang)(tang)苷酶的(de)表(biao)達。 圖5 菌SR14中與亞硒酸還原反應相關基因的表達量分析 圖6 菌SR14中相關糖代謝基因的表達量分析
四、研究結論
1.利用全基因組測序技(ji)術揭(jie)示(shi)了SR14在(zai)亞硒酸鹽還原和糖(tang)利用方面的遺傳特(te)征； 2.補(bu)充葡萄糖(tang)對SR14生長和亞(ya)硒酸(suan)鹽還原(yuan)的促進作(zuo)用最好，且效果優于補(bu)充蔗糖(tang)、果糖(tang)或(huo)麥芽糖(tang)； 3.EC:1.1.1.49（葡萄糖(tang)-6-磷酸1-脫氫酶）和EC:2.7.1.4（果糖(tang)激酶）可能與SR14的(de)代謝過程有(you)關； 4.補(bu)充(chong)葡萄糖(tang)時，SR14可能依(yi)賴多種酶(mei)，如硫氧(yang)還(huan)蛋(dan)白、富馬酸還(huan)原酶(mei)和谷胱甘肽過(guo)氧(yang)化物酶(mei)來還(huan)原亞硒(xi)酸鹽。
如需進(jin)一步討論，歡迎發郵件或者致電我們喲（郵箱地(di)址：microsupport@doudin.cn，聯(lian)系電話(hua)：021-80118168-8617）！
文章索引：Wang, F.Q.,Gong, T., Du, M., et al. (2023).Whole genome sequencing and analysis of selenite-reducing bacteria Bacillus paralicheniformis SR14 in response to diferent sugar supplements[J].AMB Express. doi.org/10.1186/s13568-023-01598-9.
