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案例报告
.2008年10月；190(20):6881-93.
doi:10.1128/JB.00619-08。 Epub 2008年8月1日。

大肠杆菌全基因组结构：大肠杆菌共生和致病菌株的比较基因组分析

大卫·A·拉斯科 1, M J罗索维茨, 加里·萨·迈尔斯, Emmanuel F Mongodin公司, W Florian Fricke女士, 帕维尔·加耶, 乔纳森·克拉布特里, 穆罕默德·塞巴希亚, 尼古拉斯·R·汤姆森, 罗伊·乔杜里, 伊恩·亨德森, 瓦妮莎·斯佩兰迪奥, 雅克·拉威尔
附属公司
案例报告

大肠杆菌全基因组结构：大肠杆菌共生和致病菌株的比较基因组分析

大卫·A·拉斯科等。 J细菌. 2008年10月.

摘要

由于医疗和兽医疾病的优先顺序，全基因组测序已偏向细菌病原体。然而，越来越清楚的是，为了准确测量致病群体内部和之间的遗传变异，必须对多个分离物以及共生物种进行测序。本研究检测了大肠杆菌的全基因组含量。使用分子或表型标记可以区分六种不同的大肠杆菌致病变种，但六种致病变种中只有两种之前进行过任何基因组测序。因此，本报告对三种未测序致病菌（产肠毒素大肠杆菌、致病性大肠杆菌和聚集性大肠杆菌）的基因组内容和独特特征进行了深入描述。我们还确定了人类共殖性大肠杆菌分离物E.coli HS的第一个基因组序列，这无疑将为工作人员检测致病性大肠杆菌的进化提供一个新的基线。通过对17个大肠杆菌基因组（其中8个是新的）的比较，确定了所有分离物中大约2200个保守基因。我们还能够识别出分离出的和病理类型特异的基因。发现的病理变种特异性基因少于预期，这表明每个分离物可能具有独立的毒力能力。泛基因组计算表明，大肠杆菌基因组多样性代表了一个开放的泛基因组模型，包含13000多个基因，其中许多可能是未经特征化但重要的毒力因子。这项对大肠杆菌物种的比较研究虽然具有描述性，但应为今后对这类重要病原体的功能研究提供基础。

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数字

图1。
图1。
共生分离物的基因含量和共长性大肠杆菌HS公司。（A） 基因保护使用大肠杆菌HS作为参考菌株。从外部开始，第一个圆圈显示正向的基因。第二个圆圈显示基因相对于起源方向相反。第三个圆圈显示卡方值，表示局部G+C含量的差异。第四个圆圈显示了所有对大肠杆菌嗯。第5到20圈显示了所有其他区域的基因保守性大肠杆菌基因组按以下顺序进行比较：MG1655、W3110、E24377A、B7A、EDL933、Sakai、CFT073、F11、UTI89、536、E22、E110019、B171、Ec042、101-1和APEC01（表1）。颜色表示基因存在（红色）、发散（绿色）或不存在（蓝色）。另外三个区域是唯一的大肠杆菌HS显示：一个噬菌体区域（～0.3 Mb）不与任何其他测序菌株共享，血清组O9-特异性区域（～2.1 Mb），以及一个仅与共享的额外簇志贺氏菌物种（～2.6 Mb）。（B） 基因合成酶（保守基因顺序）大肠杆菌HS和大肠杆菌K-12。颜色表示区域之间的相似程度，如右下角的比例所示。箭头表示这些基因组的三个多样性区域。上下箭头表示独特的噬菌体和O9血清群。总的来说，这两个基因组之间存在大量的同步性。大多数其他完整基因组也观察到类似的模式；例外的是EHEC菌株EDL933基因组，它包含一个大的反转。
图2。
图2。
共性特征通常与一个或多个病原体共享。使用大肠杆菌作为参考，我们根据已知特征的注释或相似性，确定了可能与人类胃肠道定植相关的区域。这些区域分为四大类：菌毛或菌毛相关基因、菌毛、一般分泌物和III型分泌物。分离物以垂直线排列，每个水平组基于单个基因或肽。颜色表示相似程度；红色表示最相似（～100%相同），绿色表示很少或没有相似性，黑色表示在查询的序列长度上～50%的一致性。很明显，一些病原体的特征或多或少类似于大肠杆菌HS公司。值得注意的是，两个不同系统的一般分泌系统基因在两个ETEC菌株中均缺失；然而，它们存在于四个UPEC菌株中的三个菌株中。其中一种分泌系统在EHEC、EAEC和EPEC分离株中的存在是可变的，而在实验室适应株中存在相反的表型，这表明该系统可能在定植中发挥作用。
图3。
图3。
Tobe等人（62）鉴定的分泌效应分子大肠杆菌基因组。BLAST特性显示为使用功能和生物信息学鉴定的EHEC分离物分泌效应分子构建的热图大肠杆菌酒井。红色表示相似程度较高，绿色表示相似程度较低。
图4。
图4。
保守的核心、唯一和全基因组计算大肠杆菌（A）每个点表示基因组中保守的基因的数量。红线显示了在比较越来越多的基因组时，基于保守基因中值的指数衰减模型。（B） 基因组中独特基因的数量随着基因组数量的增加而减少。红线显示了在比较越来越多的基因组时，基于独特基因中值的指数衰减模型。（C） 该物种的泛基因组大肠杆菌外推曲线继续增加，因此大肠杆菌有一个开放的泛基因组。
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