Complete genome sequence of Hymenobacter swuensis, an ionizing-radiation resistant bacterium isolated from mountain soil
- 作者
- Jong-Hyun Jung, Ho-Yeon Yang, Sunwook Jeong, Min-Ho Joe, Yong-Joon Cho, Myung-Kyum Kim, Sangyong Lim
- 单位
- Research Division for Biotechnology, Korea Atomic Energy Research Institute; Chunlab, Inc., Seoul National University; Department of Bio & Environmental Technology, College of Natural Science, Seoul Women's University
- 杂志
- Journal of Biotechnology（2014）
- DOI
- 10.1016/j.jbiotec.2014.03.015
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
解析辐射抗性细菌Hymenobacter swuensis的完整基因组，并鉴定与2'-羟基类胡萝卜素生物合成相关的基因特征
研究策略
采用Roche 454 GS FLX Titanium和Illumina HiSeq 2000混合测序策略进行全基因组测序，结合PCR和Sanger测序填补gap，并通过生物信息学工具进行基因预测和功能注释
核心内容
该研究首次报道了耐电离辐射细菌Hymenobacter swuensis的完整基因组序列，并系统解析了其2'-羟基类胡萝卜素生物合成途径的基因布局。采用Roche 454和Illumina HiSeq 2000混合测序策略，结合PCR与Sanger测序填补缺口，最终组装获得一条4,904,241 bp的环状染色体及三个质粒（分别为299,298 bp、41,562 bp和6,969 bp），染色体GC含量59.7%，共预测4,357个开放阅读框，其中约2,636个为假设蛋白。类胡萝卜素合成相关基因簇鉴定出多个关键酶，包括β-胡萝卜素羟化酶、八氢番茄红素合酶/脱饱和酶及β-胡萝卜素酮醇酶等，同时发现番茄红素环化酶及额外的脱饱和酶同源物，暗示该途径可能具有底物多样性。这些基因组信息为理解辐射抗性机制与抗氧化类胡萝卜素合成的关系提供了分子基础，也为后续通过代谢工程改造该菌株以提高目标类胡萝卜素产量奠定了重要遗传资源。
创新点
首次报道Hymenobacter属的完整基因组序列；鉴定出2'-羟基类胡萝卜素生物合成途径的关键酶基因簇
研究对象（10）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Hymenobacter swuensis | 类胡萝卜素生物合成 | Hsw.1151 | β-胡萝卜素羟化酶 | 催化 | 催化β-胡萝卜素羟基化，参与2'-羟基类胡萝卜素合成 |
| Hymenobacter swuensis | 类胡萝卜素生物合成 | Hsw.1153 | 4,4'-diapophytoene脱饱和酶 | 催化 | 参与类胡萝卜素骨架脱饱和反应 |
| Hymenobacter swuensis | 类胡萝卜素生物合成 | Hsw.1154 | 八氢番茄红素脱饱和酶 | 催化 | 催化八氢番茄红素脱饱和生成番茄红素 |
| Hymenobacter swuensis | 类胡萝卜素生物合成 | Hsw.1155 | 八氢番茄红素合酶 | 催化 | 催化两分子牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸缩合生成八氢番茄红素 |
| Hymenobacter swuensis | 类胡萝卜素生物合成 | Hsw.1158 | 4-羟基-3-甲基-2-丁烯基二磷酸还原酶 | 催化 | 参与异戊烯基焦磷酸前体合成途径 |
| Hymenobacter swuensis | 类胡萝卜素生物合成 | Hsw.1159 | β-胡萝卜素酮醇酶 | 催化 | 催化β-胡萝卜素酮基化，修饰类胡萝卜素结构 |
| Hymenobacter swuensis | 类胡萝卜素生物合成 | Hsw.0139 | 番茄红素环化酶 | 催化 | 催化番茄红素环化生成β-胡萝卜素 |
| Hymenobacter swuensis | 类胡萝卜素生物合成 | Hsw.1881 | diapophytoene脱氢酶 | 催化 | 参与类胡萝卜素脱氢反应 |
| Hymenobacter swuensis | 类胡萝卜素生物合成 | Hsw.0009 | 八氢番茄红素脱饱和酶同源物 | 催化 | 推测具有八氢番茄红素脱饱和酶活性 |
| Hymenobacter swuensis | 类胡萝卜素生物合成 | Hsw.4190 | 八氢番茄红素脱饱和酶同源物 | 催化 | 推测具有八氢番茄红素脱饱和酶活性 |
关键发现
- Hymenobacter swuensis的完整基因组由一条环状染色体（4,904,241 bp）和三个质粒（pHsw1: 299,298 bp
- pHsw2: 41,562 bp
- pHsw3: 6,969 bp）组成
- 染色体GC含量59.7%，含4357个ORFs（其中2636个为假设蛋白）、43个tRNA和9个rRNA（三个操纵子）
- 454测序覆盖度8.3倍，HiSeq测序覆盖度814倍
- 类胡萝卜素生物合成基因簇包含β-胡萝卜素羟化酶（Hsw.1151）、4,4'-diapophytoene脱饱和酶（Hsw.1153）、八氢番茄红素脱饱和酶（Hsw.1154）、八氢番茄红素合酶（Hsw.1155）、4-羟基-3-甲基-2-丁烯基二磷酸还原酶（Hsw.1158）和β-胡萝卜素酮醇酶（Hsw.1159），另有番茄红素环化酶（Hsw.0139）、diapophytoene脱氢酶（Hsw.1881）及两个额外的八氢番茄红素脱饱和酶同源物（Hsw.0009, Hsw.4190）
研究结论
Hymenobacter swuensis的基因组数据揭示了2'-羟基类胡萝卜素生物合成途径的完整基因布局，为通过遗传工程提高抗氧化类胡萝卜素产量提供了重要基础