基于16S rRNA和gyrB基因的施万菌种水平鉴定分析

蔡红艳 方玉洁 于可艺 黄振洲 代航 王多春

引用本文: 蔡红艳, 方玉洁, 于可艺, 黄振洲, 代航, 王多春. 基于16S rRNA和gyrB基因的施万菌种水平鉴定分析[J]. 疾病监测. shu
Citation:  Hongyan Cai, Yujie Fang, Keyi Yu, Zhenzhou Huang, Hang Dai and Duochun Wang. Analysis on identification of Shewanella at species level based on16S rRNA and gyrB genes[J]. Disease Surveillance. shu

基于16S rRNA和gyrB基因的施万菌种水平鉴定分析

    作者简介: 蔡红艳,女,四川省茂县人,检验师,主要从事细菌病原学研究,Email: caihongyan@icdc.cn;
    通信作者: 王多春, wangduochun@icdc.cn
  • 基金项目: 国家科技重大专项(No.2018ZX10734404)

摘要: 目的 构建基于16S rRNA和gyrB基因对施万菌进行种水平鉴定的方法,比较2个基因的鉴定能力差异。 方法 利用DnaSP 6.0软件对施万菌16S rRNA 和gyrB 基因的信息位点数及其百分比、核苷酸多态性值、平均G+C含量、非同义突变率与同义突变率的比值(Ka/Ks)、Tajima检验进行基因多态性分析。 用MAGA 6.06软件的邻接距离矩阵法对90株测试菌株和54株模式菌株构建16S rRNA 和gyrB 基因的进化树。 用MEGA 6.06软件的Kimura’s 2-parameter模型,确定90株测试菌株的菌种后,计算16S rRNA 和gyrB 基因的遗传距离和序列相似性。 比较两者对施万菌种水平鉴定能力差异。 结果 16S rRNA和gyrB基因序列相似性平均值分别为95.0%、80.8%。 在16S rRNA基因进化树中,Shewanella marinintestinaS. sairaeS. livingstonensisS. vesiculosa的进化分支几乎完全相同,gyrB基因则能在种水平将所有菌株区分开。 16S rRNA基因的种内和种间相似性范围小。 结论 与16S rRNA基因相比,gyrB基因能够更准确的用于施万菌的种水平鉴定。

English

    1. [1]

      Kouzuma A, Kasai T, Hirose A, et al. Catabolic and regulatory systems in Shewanella oneidensis MR-1 involved in electricity generation in microbial fuel cells[J]. Front Microbiol, 2015,6:609. DOI:10.3389/fmicb.2015.00609.

    2. [2]

      汪永禄, 王多春, 詹圣伟, 等. 从食物中毒患者标本中分离鉴定海藻和腐败施万菌[J]. 中华流行病学杂志,2009,30(8):836–840. DOI:10.3760/cma.j.issn.0254−6450.2009.08.018.
      Wang YL, Wang DC, Zhan SW, et al. Isolation and characterization of Shewanella spp. from patients of food poisoning[J]. Chin J Epidemiol, 2009,30(8):836–840. DOI:10.3760/cma.j.issn.0254−6450.2009.08.018.

    3. [3]

      Janda JM, Abbott SL. The genus Shewanella: from the briny depths below to human pathogen[J]. Crit Rev Microbiol, 2014,40(4):293–312. DOI:10.3109/1040841X.2012.726209.

    4. [4]

      Nimje VR, Chen CY, Chen HR, et al. Comparative bioelectricity production from various wastewaters in microbial fuel cells using mixed cultures and a pure strain of Shewanella oneidensis[J]. Bioresour Technol, 2012,104:315–323. DOI:10.1016/j.biortech.2011.09.129.

    5. [5]

      Huang JX, Sun BL, Zhang XB. Shewanella xiamenensis sp. nov., isolated from coastal sea sediment[J]. Int J Syst Evol Microbiol, 2010,60(Pt 7):1585–1589. DOI:10.1099/ijs.0.013300−0.

    6. [6]

      梁胜楠, 姜祥坤, 杜银菊, 等. 2016年山东省聊城市临床病例中2种罕见施万菌的鉴定[J]. 疾病监测,2019,34(9):817–821. DOI:10.3784/j.issn.1003−9961.2019.09.010.
      Liang SN, Jiang XK, Du YJ, et al. Isolation of two rare Shewanella spp. from specimens of patients in Liaocheng in 2016[J]. Dis Surveill, 2019,34(9):817–821. DOI:10.3784/j.issn.1003−9961.2019.09.010.

    7. [7]

      Weisburg WG, Barns SM, Pelletier DA, et al. 16S ribosomal DNA amplification for phylogenetic study[J]. J Bacteriol, 1991,173(2):697–703. DOI:10.1128/jb.173.2.697−703.1991.

    8. [8]

      Yamamoto S, Harayama S. PCR amplification and direct sequencing of gyrB genes with universal primers and their application to the detection and taxonomic analysis of Pseudomonas putida strains[J]. Appl Environ Microbiol, 1995,61(3):1104–1109. DOI:10.1128/AEM.61.3.1104−1109.1995.

    9. [9]

      Tamura K, Stecher G, Peterson D, et al. MEGA6: molecular evolutionary genetics analysis version 6.0[J]. Mol Biol Evol, 2013,30(12):2725–2729. DOI:10.1093/molbev/mst197.

    10. [10]

      MacDonell MT, Colwell RR. Phylogeny of the Vibrionaceae, and recommendation for two new genera, Listonella and Shewanella[J]. Systemat Appl Microbiol, 1985,6(2):171–182. DOI:10.1016/S0723−2020(85)80051−5.

    11. [11]

      Park HY, Jeon CO. Shewanella aestuarii sp. nov., a marine bacterium isolated from a tidal flat[J]. Int J Syst Evol Microbiol, 2013,63(Pt 12):4683–4690. DOI:10.1099/ijs.0.055178−0.

    12. [12]

      Pagani L, Lang A, Vedovelli C, et al. Soft tissue infection and bacteremia caused by Shewanella putrefaciens[J]. J Clin Microbiol, 2003,41(5):2240–2241. DOI:10.1128/jcm.41.5.2240−2241.2003.

    13. [13]

      Goyal R, Kaur N, Thakur R. Human soft tissue infection by the emerging pathogen Shewanella algae[J]. J Infect Dev Ctries, 2011,5(4):310–312. DOI:10.3855/jidc.1436.

    14. [14]

      Davidson NL, Subedi S, Wilks K, et al. A case of Shewanella algae endocarditis: an emerging pathogen with a diverse clinical spectrum[J]. BMJ Case Rep, 2018,2018:bcr2017223396. DOI:10.1136/bcr−2017−223396.

    15. [15]

      Pagniez H, Berche P. Opportunistic infections caused by Shewanella, new emergent bacteria[J]. Med Mal Infect, 2005,35(4):186–191. DOI:10.1016/j.medmal.2005.03.008.

    16. [16]

      Wang DC, Wang YL, Huang HN, et al. Identification of tetrodotoxin-producing Shewanella spp. from feces of food poisoning patients and food samples[J]. Gut Pathog, 2013,5:15. DOI:10.1186/1757−4749−5−15.

    17. [17]

      Sumathi BG, Kumarswamy SR, Amritam U, et al. Shewanella algae: First case report of the fast emerging marine pathogen from squamous cell carcinoma patient in India[J]. South Asian J Cancer, 2014,3(3):188–189. DOI:10.4103/2278−330X.136819.

    18. [18]

      Holt HM, Gahrn-Hansen B, Bruun B. Shewanella algae and Shewanella putrefaciens: clinical and microbiological characteristics[J]. Clin Microbiol Infect, 2005,11(5):347–352. DOI:10.1111/j.1469−0691.2005.01108.x.

    19. [19]

      Liu PY, Lin CF, Tung KC, et al. Clinical and microbiological features of Shewanella bacteremia in patients with hepatobiliary disease[J]. Intern Med, 2013,52(4):431–438. DOI:10.2169//internalmedicine.52.8152.

    20. [20]

      Yarza P, Yilmaz P, Pruesse E, et al. Uniting the classification of cultured and uncultured bacteria and archaea using 16S rRNA gene sequences[J]. Nat Rev Microbiol, 2014,12(9):635–645. DOI:10.1038/nrmicro3330.

    21. [21]

      Glaeser SP, Kämpfer P. Multilocus sequence analysis (MLSA) in prokaryotic taxonomy[J]. Syst Appl Microbiol, 2015,38(4):237–245. DOI:10.1016/j.syapm.2015.03.007.

    22. [22]

      Sun DL, Jiang X, Wu QL, et al. Intragenomic heterogeneity of 16S rRNA genes causes overestimation of prokaryotic diversity[J]. Appl Environ Microbiol, 2013,79(19):5962–5969. DOI:10.1128/AEM.01282−13.

    23. [23]

      Sung HR, Yoon JH, Ghim SY. Shewanella dokdonensis sp. nov., isolated from seawater[J]. Int J Syst Evol Microbiol, 2012,62(Pt 7):1636–1643. DOI:10.1099/ijs.0.032995−0.

    24. [24]

      Kim JY, Yoo HS, Lee DH, et al. Shewanella algicola sp. nov., a marine bacterium isolated from brown algae[J]. Int J Syst Evol Microbiol, 2016,66(6):2218–2224. DOI:10.1099/ijsem.0.001014.

    25. [25]

      Fang YJ, Wang YL, Liu ZD, et al. Shewanella carassii sp. nov., isolated from surface swabs of crucian carp and faeces of a diarrhoea patient[J]. Int J Syst Evol Microbiol, 2017,67(12):5284–5289. DOI:10.1099/ijsem.0.002511.

    1. [1]

      胡源何丽华张建中 . 鲍曼不动杆菌临床分离株分子生物学鉴定分析. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2010.03.012

    2. [2]

      王斌王红熊衍文许彦梅刘祥肖波孙松松周阳白锐张玲 . 16S rDNA序列在艾伯特埃希菌鉴定中的应用. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2016.03.007

    3. [3]

      李路茜李振军楼永良 . GyrB基因在诺卡菌菌种鉴定中的应用研究. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2016.06.014

    4. [4]

      梁胜楠姜祥坤杜银菊周璞刘莉程利红王多春 . 2016年山东省聊城市临床病例中2种罕见施万菌的鉴定. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2019.09.010

    5. [5]

      司晨琛李振军唐璐韦超吉兴照徐帅楼永良 . secA1基因用于诺卡菌菌种鉴定分型的研究. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2016.12.007

    6. [6]

      李欣悦李凤娟杜鹏程王瑞白王多春 . rpoD和gyrA基因对气单胞菌鉴定的比较分析. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2016.03.006

    7. [7]

      高雯洁王蔚李萍王恒辉郭金磊高蕾陈黎霞 . 一例印地安纳沙门菌致小儿败血症的鉴定溯源分析. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2019.12.019

    8. [8]

      田国忠 . 巢式聚合酶链式反应检测脑脊液标本中病原体的方法评价. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2020.02.014

    9. [9]

      孙肖红谭毅王环宇莫兆军谢艺红冯云闭福银周开娇孟维珊潘晓玲付士红梁国栋 . 2005年广西媒介蚊虫中流行性乙型脑炎病毒的分离鉴定. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2010.02.011

    10. [10]

      亚红祥沈姝苏正元邓菲张云智 . 云南省西北地区家畜体表蜱类形态学与分子生物学鉴定. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2017.07.019

    11. [11]

      刘国栋崔步云刘荣臻李元凯 . 布鲁氏菌多重聚合酶链反应鉴定研究. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2008.5.271

    12. [12]

      罗惠蓉雷凌冰伍颂民廖育煌潘志明王鲁平梁国栋 . 广州市1985~1990年4株登革热病毒分离和鉴定. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.1993.2.36

    13. [13]

      王蕾叶长芸赵爱兰许彦梅徐建国 . 一株不产志贺毒素的肠出血性大肠杆菌O157:H7菌株的鉴定. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2007.7.441

    14. [14]

      何晖赵利伟朱庆义 . 基于16S rRNA的聚合酶链反应技术用于肺部感染患者痰标本中军团菌的检测. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.201.06.008

    15. [15]

      李振军秦彩明王丽丽叶长芸崔志刚金东徐建国 . 脉冲场凝胶电泳技术对一起痢疾暴发的分型研究. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2005.9.460

    16. [16]

      陈晨彭珂王海印杜鹏程张雯张媛媛于伟文 . 基于16S rDNA数据库的细菌在线分类鉴定平台的构建. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2013.3.019

    17. [17]

      赵安敏高鹏赵刚张嘉祥赵洪伟 . 温和气单胞菌的调查和鉴定. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.1994.1.12

    18. [18]

      刘祥张玲李新琼闫国栋邹年莉张正东李群熊衍文王红 . 艾伯特埃希菌快速鉴定方法比较研究. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2017.08.016

    19. [19]

      李慧琳张文娟 . 浙江省1554株沙门氏菌菌型鉴定结果. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.1995.3.76

    20. [20]

      贾琴妹杨传莲黄艳梅 . VITEK-2 Compact全自动微生物鉴定仪与VITEK MS质谱仪在摩根摩根菌鉴定中的应用及评价. 疾病监测, DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2020.11.014

  • 图 1  54株施万菌模式株基于16S rRNA(A)和gyrB(B)基因的进化树

    Figure 1.  Phylogenetic tree of 54 Shewanella strains based on 16S rRNA gene(A)and gyrB(B)gene

    图 2  90株施万菌测试菌株基于gyrB基因进化树的种水平鉴定

    Figure 2.  Identification of 90 Shewanella strains at species level based on phylogenetic tree of gyrB gene

    表 1  54株施万菌模式菌株的详细信息

    Table 1.  Detail information of 54 Shewanella strains

        菌  种 菌株编号 分离地点 分离年份
    Shewanella. aestuarii(潮滩施万菌) JCM 17801T Suncheon bay,Korea 2011
    S. algae(海藻施万菌) JCM 21037T Japan 1990
    S. algicola(栖藻施万菌) KCTC 23253T Jeju Island,Korea
    S. algidipiscicola(藻形施万菌) LMG 23746T Baltic Sea,Denmark 2001
    S. amazonensis(亚马逊施万菌) SB2BT Brazil 1996
    S. aquimarina(海水施万菌) JCM 12193T Yellow Sea,Korea
    S. arctica(北极施万菌) KCTC2310T Tempelfjorden,Norwegian,Svalbard archipelago
    S. abyssi(阿比西施万菌) C941T Japan
    S. baltica(波罗的海施万菌) DSM 9439T Japan 1998
    S. basaltis(巴萨尔蒂斯施万菌) KCTC 22121T Jeju Island,Korea
    S. benthica(低栖动物施万菌) DSM 8812T Walvis Ridge,South Atlantic Ocean
    S. canadensis(卡纳登西斯施万菌) HAW−EB2T Canada 2008
    S. chilikensis(希利克斯施万菌) KCTC 22540T Orissa,India 2007
    S. colwelliana(科尔韦利亚娜施万菌) ATCC 39565T MD,USA 1988
    S. decolorationis(脱色施万菌) JCM 21555T Guangzhou,China 2002
    S. denitrificans(丹尼施万菌) OS217T Baltic Sea 1986
    S. dokdonensis(多克多恩尼西施万菌) KCTC 22898T East Sea,Korea 2006
    S. fidelis(真实施万菌) ATCC 318T the South China Sea,China 1998
    S. frigidimarina(南极施万菌) ACAM 591T the Antarctica 2007
    S. gaetbuli(盖特布利施万菌) KCTC 22431T Korea
    S. gelidii(冰寒施万菌) MCCC 1K00697T Yellow Sea,China 2014
    S. glacialipiscicola(冰水鱼施万菌) LMG 23744T Baltic Sea,Denmark 1996
    S. gelidimarina(格林季施万菌) ACAM 456T Svalbard Archipelago
    S. hafniensis(哈夫尼施万菌) KCTC 22180T Baltic Sea,Denmark 2001
    S. halifaxensis(哈利法克斯施万菌) HAW−EB4T Emerald Basin,Atlantic Ocean
    S. haliotis(鲍施万菌) KCTC 12896T South Sea,Korea 2006
    S. hanedai(哈恩代施万菌) DSM 6066T Arctic Ocean
    S. indica(印地卡施万菌) KCTC23171T Karwar jetty,India 2006
    S. kaireitica(凯雷蒂察施万菌) DSM 17170T Suruga Bay,Japan
    S. litorisediminis(利托利迪敏施万菌) KCTC 23961T Saemankum,Korea
    S. livingstonensis(利文斯顿施万菌) LMG 19866T Johnson's Dock,Antarctica
    S. loihica(洛伊希施万菌) PV−4T South Rift of Loihi Seamount,Hawaii
    S. mangrovi(曼格罗维施万菌) MCCC 1A00830T Fujian,China 2013
    S. marina(马瑞纳施万菌) JCM 15074T South Sea,Korea
    S. marinintestina(海动物肠施万菌) JCM 11558T Yokohama,Japan 1994
    S. marisflavi(马里斯夫拉施万菌) JCM 12192T Yellow Sea,Korea
    S. morhuae(海鱼施万菌) ATCC BAA−1205T Baltic Sea,Denmark 1996
    S. oneidensis(奥奈达施万菌) MR−1T NY,USA
    S. pealeana(佩莱纳施万菌) ATCC 700345T
    S. piezotolerans(皮耶佐托莱施万菌) WP3T Pacific Ocean
    S. profunda(深海施万菌) JCM 12080T Pacific Ocean 2000
    S. psychrophila(嗜冷施万菌) WP2T Pacific Ocean
    S. putrefaciens(腐乳施万菌) ATCC 8071T England 1931
    S. sairae(竹刀鱼施万菌) MCCC 1A01705T Pacific Ocean 1995
    S. schlegeliana(斯莱格利亚娜施万菌) JCM 11561T Hiroshima,Japan 1998
    S. sediminis(塞斯明施万菌) HAW−EB3T Halifax Harbour,Atlantic Ocean
    S. seohaensis(海岛施万菌) KCTC 23556T Saemankum,Korea
    S. surugensis(苏鲁施万菌) C959T Japan:Suruga Bay
    S. upenei(厄宾施万菌) KCTC22806T South Sea,Korea
    S. vesiculosa(小泡施万菌) LMG 24424T Deception Island
    S. violacea(琉球海沟施万菌) DSS12T Ryukyu Trench
    S. waksmanii(瓦克斯马尼施万菌) ATCC BAA−643T Troitsa Bay,Japan 1997
    S. woodyi(乌迪施万菌) ATCC 51908T Alboran Sea
    S. xiamenensis(厦门施万菌) MCCC 1A00763T Fujian,China
      注:−. 菌种的来源国家或分离时间不明确
    下载: 导出CSV

    表 2  16S rRNA和gyrB基因引物信息

    Table 2.  Primer information of 16S rRNA and gyrB genes

    基因 引物名称 序列(5'~3') 扩增产物长度(bp) 退火温度(℃) 参考文献
    16S rRNA 16S-27F AGAGTTTGATCCTGGCTCAG 1 503 52 7
    16S-1492R GGTTACCTTGTTACGACTT
    gyrB UP-1 GAAGTCATCATGACCGTTCTGCAYGCNGGNGGNAARTTYGA 1 256 58 8
    UP-2r AGCAGGGTACGGATGTGCGAGCCRTCNACRTCNGCRTCNGTCAT
    下载: 导出CSV

    表 3  54株施万菌模式株的基因序列多态性

    Table 3.  Polymorphism of gene sequences of 54 Shewanella strains

    基因 长度(bp) 简约信息位点 核苷酸多态性值 G+C含量平均值(mol%) 序列相似性(%) Ka/Ks 田岛D检验
    数量(个) 百分比(%) 范围 平均值
    16S rRNA 1 434 148 10.3 0.043 53.4 89.8~100 95.0 −0.868
    gyrB 1 110~1 119 492 44.0 0.194 46.7 73.2~99.9 80.8 0.089 0.165
    下载: 导出CSV

    表 4  90株施万菌测试株 16S rRNA和gyrB基因序列相似性

    Table 4.  Similarity matrix of 16S rRNA and gyrB gene sequences of 90 Shewanella strains

    基因 菌种
    (菌株数)
    S. algae
    (60)
    S.LZ2016-166和08MAS2251(2) S. chilikensis
    (8)
    S. indica
    (8)
    S. seohaensis
    (3)
    S. xiamenensi
    (9)
    16S rRNA S. algae(60) 98.4~100
    S.LZ2016-166和08MAS2251(2) 98.3~99.1 99.9~100
    S. chilikensis(8) 97.6~98.6 98.6~98.8 99.9~100
    S. indica(8) 98.1~−99.5 99.1~−99.4 98.1~98.4 99.8~100
    S. seohaensis(3) 94.1~95.3 94.4~94.6 93.6~93.8 94.5~94.8 99.7~100
    S. xiamenensis(9) 93.5~94.4 93.5~93.9 93.4~93.8 93.6~94.1 97.6~97.9 99.3~100
    gyrB S. algae(60) 97.3~100
    S.LZ2016-16608MAS2251(2) 94.4~96.0 99.8−~100
    S. chilikensis(8) 93.5~95.1 93.8~94.1 99.4~100
    S. indica(8) 93.2~95.0 95.0~96.2 95.0~95.7 98.6~100
    S. seohaensis(3) 78.6~80.4 80.2~80.5 79.7~80.0 79.7~80.4 97.9~−100
    S. xiamenensis(9) 77.9~80.1 79.4~80.1 78.5~79.5 78.7~79.9 92.0~93.2 97.7~100
      注:括号内菌株数是90株测试菌株在模式菌株的进化簇归类
    下载: 导出CSV
  • 加载中
图(2)表(4)
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  107
  • HTML全文浏览量:  49
  • 引证文献数: 0
文章相关
  • 通信作者:  王多春, wangduochun@icdc.cn
  • 收稿日期:  2020-07-13
  • 网络出版日期:  2020-11-30
通信作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章

在线交流