基于16S rRNA和<i>gyrB</i>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

蔡红艳 ^{1

,} ,
方玉洁 ¹ ,
于可艺 ¹ ,
黄振洲 ¹ ,
代航 ¹ ,
王多春 ^{1

,

,}

1.
中国疾病预防控制中心传染病预防控制所，北京 102206
2 .
清华大学医学院，北京 100084

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 marinintestina和S. sairae、S. livingstonensis和S. 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。

关键词:

施万菌 /
16S rRNA /
gyrB /
鉴定

English

Analysis on identification of Shewanella at species level based on16S rRNA and gyrB genes

1.
National Institute for Communicable Disease Control and Prevention, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 102206, China
2 .
School of Medicine, Tsinghua University, Beijing 100084, China

Corresponding author: Duochun Wang, wangduochun@icdc.cn

Received Date: 2020-07-13
Available Online: 2020-12-30
Fund Project: This study was supported by the National Science and Technology Major Project (No.2018ZX10734404)

Abstract: Objective To establish an assay for the identification of Shewanella based on 16S rRNA and gyrB genes and compare the identification power of two genes. Methods Software DnaSP 6.0 was used to analyze the number and percentage of information bits, the nucleotide polymorphism, average G+C content, the ratio of non-synonymous mutation rate to synonymous mutation rate (Ka/Ks) and the Tajima test was used for 16S rRNA and gyrB genes of 54 Shewanella strains. Adjacency distance matrix method of software MEGA 6.06 was used to construct the phylogenetic tree 16S rRNA and gyrB genes of 90 tested strains and 54 model strains. The kimura’s 2-parameter model of MEGA 6.06 software was used to identify the species of 90 tested strains, then the genetic distance and sequence similarity of 16S rRNA and gyrB genes were calculated. The difference of identification power for the two species was compared. Results The 16S rRNA sequences of Shewanella strains had a similarity range of 89.8%–100% (average 95.0%) and gyrB sequence similarity range was 73.2%–99.9% (average 80.8%). In the phylogenetic tree of 16S rRNA gene, S. marinintestina and S. sairae, S. livingstonensis and S. vesiculosa, showed almost identical evolutionary branches, but the gyrB gene could distinguish all strains at species level. 16S rRNA had a small range in intraspecific and interspecific similarities. Conclusion Compared with 16S rRNA gene, the phylogenetic tree of gyrB gene can identify Shewanella at species level more accurately.

Key words:

Shewanella /
16S rRNA /
gyrB /
Identification

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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

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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

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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 17801^T	Suncheon bay，Korea	2011
S. algae（海藻施万菌）	JCM 21037^T	Japan	1990
S. algicola（栖藻施万菌）	KCTC 23253^T	Jeju Island，Korea	−
S. algidipiscicola（藻形施万菌）	LMG 23746^T	Baltic Sea，Denmark	2001
S. amazonensis（亚马逊施万菌）	SB2B^T	Brazil	1996
S. aquimarina（海水施万菌）	JCM 12193^T	Yellow Sea，Korea	−
S. arctica（北极施万菌）	KCTC2310^T	Tempelfjorden，Norwegian，Svalbard archipelago	−
S. abyssi（阿比西施万菌）	C941^T	Japan	−
S. baltica（波罗的海施万菌）	DSM 9439^T	Japan	1998
S. basaltis（巴萨尔蒂斯施万菌）	KCTC 22121^T	Jeju Island，Korea	−
S. benthica（低栖动物施万菌）	DSM 8812^T	Walvis Ridge，South Atlantic Ocean	−
S. canadensis（卡纳登西斯施万菌）	HAW−EB2^T	Canada	2008
S. chilikensis（希利克斯施万菌）	KCTC 22540^T	Orissa，India	2007
S. colwelliana（科尔韦利亚娜施万菌）	ATCC 39565^T	MD，USA	1988
S. decolorationis（脱色施万菌）	JCM 21555^T	Guangzhou，China	2002
S. denitrificans（丹尼施万菌）	OS217^T	Baltic Sea	1986
S. dokdonensis（多克多恩尼西施万菌）	KCTC 22898^T	East Sea，Korea	2006
S. fidelis（真实施万菌）	ATCC 318^T	the South China Sea，China	1998
S. frigidimarina（南极施万菌）	ACAM 591^T	the Antarctica	2007
S. gaetbuli（盖特布利施万菌）	KCTC 22431^T	Korea	−
S. gelidii（冰寒施万菌）	MCCC 1K00697^T	Yellow Sea，China	2014
S. glacialipiscicola（冰水鱼施万菌）	LMG 23744^T	Baltic Sea，Denmark	1996
S. gelidimarina（格林季施万菌）	ACAM 456^T	Svalbard Archipelago	1996
S. hafniensis（哈夫尼施万菌）	KCTC 22180^T	Baltic Sea，Denmark	2001
S. halifaxensis（哈利法克斯施万菌）	HAW−EB4^T	Emerald Basin，Atlantic Ocean	−
S. haliotis（鲍施万菌）	KCTC 12896^T	South Sea，Korea	2006
S. hanedai（哈恩代施万菌）	DSM 6066^T	Arctic Ocean	−
S. indica（印地卡施万菌）	KCTC23171^T	Karwar jetty，India	2006
S. kaireitica（凯雷蒂察施万菌）	DSM 17170^T	Suruga Bay，Japan	−
S. litorisediminis（利托利迪敏施万菌）	KCTC 23961^T	Saemankum，Korea	−
S. livingstonensis（利文斯顿施万菌）	LMG 19866^T	Johnson's Dock，Antarctica	−
S. loihica（洛伊希施万菌）	PV−4^T	South Rift of Loihi Seamount，Hawaii	−
S. mangrovi（曼格罗维施万菌）	MCCC 1A00830^T	Fujian，China	2013
S. marina（马瑞纳施万菌）	JCM 15074^T	South Sea，Korea	−
S. marinintestina（海动物肠施万菌）	JCM 11558^T	Yokohama，Japan	1994
S. marisflavi（马里斯夫拉施万菌）	JCM 12192^T	Yellow Sea，Korea	−
S. morhuae（海鱼施万菌）	ATCC BAA−1205^T	Baltic Sea，Denmark	1996
S. oneidensis（奥奈达施万菌）	MR−1^T	NY，USA	−
S. pealeana（佩莱纳施万菌）	ATCC 700345^T	−	−
S. piezotolerans（皮耶佐托莱施万菌）	WP3^T	Pacific Ocean	−
S. profunda（深海施万菌）	JCM 12080^T	Pacific Ocean	2000
S. psychrophila（嗜冷施万菌）	WP2^T	Pacific Ocean	−
S. putrefaciens（腐乳施万菌）	ATCC 8071^T	England	1931
S. sairae（竹刀鱼施万菌）	MCCC 1A01705^T	Pacific Ocean	1995
S. schlegeliana（斯莱格利亚娜施万菌）	JCM 11561^T	Hiroshima，Japan	1998
S. sediminis（塞斯明施万菌）	HAW−EB3^T	Halifax Harbour，Atlantic Ocean	−
S. seohaensis（海岛施万菌）	KCTC 23556^T	Saemankum，Korea	−
S. surugensis（苏鲁施万菌）	C959^T	Japan：Suruga Bay	−
S. upenei（厄宾施万菌）	KCTC22806^T	South Sea，Korea	−
S. vesiculosa（小泡施万菌）	LMG 24424^T	Deception Island	−
S. violacea（琉球海沟施万菌）	DSS12^T	Ryukyu Trench	−
S. waksmanii（瓦克斯马尼施万菌）	ATCC BAA−643^T	Troitsa Bay，Japan	1997
S. woodyi（乌迪施万菌）	ATCC 51908^T	Alboran Sea	−
S. xiamenensis（厦门施万菌）	MCCC 1A00763^T	Fujian，China	−
注：−. 菌种的来源国家或分离时间不明确

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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 rRNA	16S-1492R	GGTTACCTTGTTACGACTT
gyrB	UP-1	GAAGTCATCATGACCGTTCTGCAYGCNGGNGGNAARTTYGA	1 256	58	［8］
	UP-2r	AGCAGGGTACGGATGTGCGAGCCRTCNACRTCNGCRTCNGTCAT

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

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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.LZ2016-166和08MAS2251（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

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图(2)表(4)

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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

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

English

Analysis on identification of Shewanella at species level based on16S rRNA and gyrB genes

Corresponding author: Duochun Wang, wangduochun@icdc.cn

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