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考克氏菌属是放线菌门微球菌科的一个属,该属菌株功能多样性高,具有产抗生素、耐盐碱、耐高低温、抗辐射等特性,引起了学术界的广泛关注。考克氏菌属菌株KD4分离自南极大陆麦克默多干谷最北端的维达湖土壤中,其具有很强的抗氧化能力,对超氧阴离子自由基、羟基自由基有很强的清除能力,同时发现其最高可在10%的NaCl和pH11的环境中生长,具有很强的盐碱耐受能力。但目前菌株KD4的抗氧化和耐盐碱机制尚不清楚。挖掘菌株KD4基因组中蕴藏的信息对我们理解考克氏菌属菌株对极端环境的适应机制及开发新型抗氧化物质具有重要意义。本文以菌株KD4为研究对象,通过活化鉴定、基因组DNA提取、全基因组文库的构建及测序、全基因组注释与功能分析、基因的系统发育分析、基因组比较分析等方法,对考克氏菌Kocuria sp.KD4进行基因组学分析研究,解释其代谢过程及环境适应机制。取得了如下结果:(1)菌株KD4属于印度考克氏菌(Kocuria indica),其基因组由一个环状染色体构成,大小为2.8 Mb。经测序组装得到了考克氏菌属菌株KD4基因组完成图,其由一个长2,806,716 bp的环状染色体构成,G+C百分含量为68.83%。该基因组染色体共编码2520个ORF,平均长度约为996 bp,编码基因的序列占整个染色体的88.71%。另外基因组共22个串联重复区域,串联重复区长34791 bp。总RNA有59个,其中包括9个rRNA,47个tRNA和3个ncRNAs。在44个管家基因的蛋白序列构建的系统发育树上,菌株KD4与印度考克氏菌的模式菌株NIO-1021的系统发育树进化枝聚在一起,表明了该菌株应该归属于印度考克氏菌。(2)揭示了考克氏菌属菌株KD4的代谢途径。对菌株KD4基因组进行了COG和KEGG注释,得到了菌株KD4的代谢途径。KD4基因组中含有参与糖酵解、二羧酸循环和磷酸戊糖途径所需要的全部酶基因;存在D-木酮糖、甘露酸、D-果糖和棉子糖等的完整代谢途径;拥有淀粉、蔗糖等大分子多糖代谢所需的相关酶,如葡聚糖酶和淀粉酶等;含有完整的氨基酸、嘌呤和嘧啶合成代谢途径所需要的关键酶基因;拥有将氨通过谷氨酸代谢和硝酸盐还原途径结合为一个氮循环整体所需的全部酶基因;发现了完整的核黄素、烟酸、硫辛酸、泛酸及COA等物质的合成代谢途径;此外还拥有外源物质降解代谢途径包括苯甲酸降解、丙酸酯降解、硫唑嘌呤、氟尿嘧啶及二羟基苯甲酸甲酯等降解途径的关键基因。(3)考克氏菌属菌株KD4具有应对高盐碱、高辐射、寒冷、寡营养等环境的相关基因。菌株KD4基因组中存在大量编码环境应激相关的基因,如12个渗透调节基因、28个双组份信号传导蛋白、39个ABC转运系统的基因、8个活性氧消除相关的基因等。同时菌株KD4通过基因水平转移的方式获得多个关于过氧化氢酶体、分子伴侣、环境胁迫、原核防御系统和DNA复制与修复相关的基因。这些基因的存在使得菌株KD4具有了适应南极维达湖的高盐碱、高辐射、寒冷及寡营养环境的能力。