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南海海洋所建立原噬菌体de novo预测新算法

2021-09-26 南海海洋研究所
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  中国科学院南海海洋研究所研究员王晓雪团队建立了一种不依赖于噬菌体基因序列相似性的原噬菌体de novo预测新算法,集成分析流程的工具名称为Prophage Tracer。9月22日,相关研究成果在线发表在《核酸研究》上。

  烈性噬菌体侵染细菌宿主后,大量繁殖,裂解宿主细胞释放子代噬菌体粒子。温和噬菌体则是进入宿主细胞内,将自身的DNA整合在宿主的基因组中,随着宿主细胞的复制而复制。这一过程称噬菌体的“溶原化”,整合在宿主基因组中的噬菌体DNA称“原噬菌体”(prophage)。特定条件能重新激活原噬菌体使其裂解宿主。研究发现,在人、小鼠肠道及珊瑚微生物组中溶原化的温和噬菌体比裂解状态更普遍。温和噬菌体的溶原-裂解转换是微生物生态领域的重要科学问题之一。

  温和噬菌体能和宿主形成长期共生关系,其整合切离等可以破坏或恢复宿主的基因正常功能,是宿主基因表达调控的重要途径。研究团队前期发现,希瓦氏菌的原噬菌体CP4So可以在低温诱导条件下发生切离,是细菌的重要的适冷机制,且CP4So的切离受到宿主温度依赖性的H-NS磷酸化调控。因此,精确鉴定细菌中的原噬菌体及其插入位点对于探究温和噬菌体与宿主的共生关系至关重要。当前,鉴定原噬菌体的方法依赖于利用已知的噬菌体进行序列相似性检索。然而,噬菌体的基因组变异快,基于序列相似性检索方法较难发现未知类型噬菌体。此外,对噬菌体插入位点的预测不准确,较难区分原噬菌体携带的“cargo基因”和宿主基因的边界。

  为了解决上述问题,科研人员建立了一种从头预测原噬菌体的方法(如图)。该方法利用原噬菌体整合切离过程中会产生基因组结构变异基因组序列。这些序列隐藏在细菌基因组、转录组测序数据的reads中。研究建立重叠的序列比对方法,追踪和挖掘埋藏于测序原始数据中reads。只需甄别到1-2条reads便能精确定位原噬菌体(精确到单个碱基)。该方法不依赖于序列相似性,可预测未知的噬菌体。该研究在珊瑚共附生细菌中鉴定到九个温和噬菌体,两个为新颖的温和噬菌体。

  研究工作得到国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金水圈微生物重大研究计划、国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划等的资助。

  论文链接 

  Prophage Tracer 

Prophage Tracer流程

打印 责任编辑:侯茜

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