以沙门菌为模型的半封闭基因池细菌物种概念:3Cs标准的实验验证

批准号:
81271786
项目类别:
面上项目
资助金额:
70.0 万元
负责人:
刘树林
依托单位:
学科分类:
H2201.病原细菌与感染
结题年份:
2016
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
沐晓芹、刘慧迪、闫冠蕴、孙桂香、唐乐、ALEXRANJITKUMAR、王晓宇、周玉洁
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中文摘要
自1673年人类首次发现细菌以来,科学家们便尝试用各种方法对其进行分类,但其核心问题尚未解决,那就是如何界定细菌的物种。目前标准是DNA杂交率≥70%和16S rRNA序列相似度≥97%。但是这两项指标由于都是连续性的,因此无法划定出清晰的细菌物种间的界限。我们基于前期工作,提出了细菌物种的半封闭基因池概念以及与之对应的3Cs标准(同一物种成员之间亲缘关系密切、近缘但不同物种的细菌之间有清晰的遗传边界、同一物种成员具有共同的生物学特性)。本研究拟通过实验来验证3Cs标准。我们的实验模型是代表性沙门菌,主要方案包括基于基因组物理图和序列分析证实同一物种的所有成员亲缘关系密切,通过同源基因序列的歧化度找出物种间的遗传界限,以及利用细菌的生物学特性来进行表型区分。此3Cs标准基于细菌的自然关系,反映细菌基因组和生物学特性,因此是真正意义上的客观标准,其最直接的社会意义是指导临床诊断和治疗。
英文摘要
Since the discovery of bacteria in 1673, scientists have attempted classifying them by a variety of methods, all with defining bacterial species based on objective criteria as the core and yet unsolved issue. The current criteria include DNA-DNA re-association rate of ≥70% and 16S rRNA sequence similarity of ≥97%. However, because both kinds of data are continuous, clear-cut genetic boundaries can hardly be determined among bacteria to define then as species. As a result, the current bacterial species tend to contain genetically as well as biologically quite diverse bacteria, making a name of bacteria meaningless. We have recently put forward a "semi-closed gene pool" concept to define phylogenetic units of bacteria as biological species with a novel set of standards, the triple C criteria (close relatedness among all members of the same unit, clear-cut genetic boundaries among different units of bacteria, and common biological features shared only by members of the same unit). In this application, we propose to experimentally validate these criteria. We use Salmonella as a model and work on a selected set of serovars, involving isolates of diverse sources. To begin with, we tentatively treat the individual Salmonella serovars as separate biological species based on the triple C criteria in an attempt to validate these criteria. We shall first validate the close relatedness among members within the selected Salmonella serovars by physical mapping and genomic sequencing, compare sequence identity of homologous genes among different Salmonella serovars to detect clear-cut genetic boundaries among them, and correlate the biological features of the bacteria (host range, infection types, etc.) with their genomic clustering. These triple C criteria are based on both genomic (evolutionary) and biological (pathogenic) properties and therefore are objective rather than subjective. Once applied to studies of bacterial systematics and taxonomy, these triple C criteria would help restructure the bacterial classification systems and facilitate clinical practice.
项目的背景:细菌分类学的核心问题,即如何定义细菌的天然物种,迄今尚未真正解决。目前人们从实用角度出发,用DNA杂交率>=70%和16S rRNA序列相似度>=97%来划定细菌物种的界限。然而,由于这两项指标都是连续性的,并没有清晰的界限用以界定细菌的物种,所以研究人员当前对物种的界定趋向于采用遗传学结合生物学特性分析来划分细菌物种,其中有很多主观因素。为探讨这个问题,我们基于前期的研究结果提出了界定生物种的半封闭基因池模型以及相应的3Cs标准(同一物种的所有成员亲缘关系密切、近缘但是不同物种之间有清晰的遗传边界、同一物种的所有成员具有共同的生物学特性,而这些特征性的生物学特性不见于任何其他物种)。.主要研究内容:本研究项目的目的就是要利用实验数据来验证我们所提出的3Cs标准。我们以沙门菌为模型,选择不同来源的血清型。按照3Cs标准,我们认为沙门菌的不同血清型可看作为不同的细菌物种。我们利用基因组物理图谱和基因组序列分析来验证同一物种的所有成员亲缘关系密切;然后利用同源基因序列的一致性来证明近缘但是不同物种之间有清晰的遗传界限;最后利用细菌的生物学特性(宿主范围,进化类型等等)来进行补充。此3Cs标准是可以反映细菌基因进化和生物特性的真正意义上的客观标准。基于此标准,我们可以重新审视细菌系统学中所定义的物种,而其最直接的社会意义是针对细菌感染疾病指导临床诊断和治疗。.重要结果:我们在本项目所支持的研究中发现,近缘但是生物学性状例如致病性不同的细菌之间有清晰的遗传界限,我们建议将其定义为不同物种。我们已经把有关数据、分析、解读、概念,发表于Scientific Reports、BMC系列、PLoS系列等国际著名期刊上。.关键数据及其科学意义:我们所获得最关键数据是,在我们基于3C标准所定义的细菌物种中,在物种内同源基因核苷酸序列完全一致基因的比例高于70%,而物种间尽管近缘但其同源基因核苷酸序列完全一致基因的比例皆低于40%.这大约30%的差异区间足够区分不同物种。我们正在把这一研究扩展到其他细菌。如果普适,这一研究将奠定细菌基于天然标准进行种系分类的分子基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1371/journal.pone.0059427
发表时间:2013
期刊:PloS one
影响因子:3.7
作者:Feng Y;Johnston RN;Liu GR;Liu SL
通讯作者:Liu SL
Conserved intergenic sequences revealed by CTAG-profiling in Salmonella: thermodynamic modeling for function prediction.
沙门氏菌 CTAG 分析揭示的保守基因间序列:功能预测的热力学模型
DOI:10.1038/srep43565
发表时间:2017-03-06
期刊:Scientific reports
影响因子:4.6
作者:Tang L;Zhu S;Mastriani E;Fang X;Zhou YJ;Li YG;Johnston RN;Guo Z;Liu GR;Liu SL
通讯作者:Liu SL
Differential efficiency in exogenous DNA acquisition among closely related Salmonella strains: implications in bacterial speciation.
密切相关的沙门氏菌菌株之间外源 DNA 获取的差异效率:对细菌物种形成的影响
DOI:10.1186/1471-2180-14-157
发表时间:2014-06-14
期刊:BMC microbiology
影响因子:4.2
作者:Bao HX;Tang L;Yu L;Wang XY;Li Y;Deng X;Li YG;Li A;Zhu DL;Johnston RN;Liu GR;Feng Y;Liu SL
通讯作者:Liu SL
Live attenuated Salmonella displaying HIV-1 10E8 epitope on fimbriae: systemic and mucosal immune responses in BALB/c mice by mucosal administration.
菌毛上展示 HIV-1 10E8 表位的活减毒沙门氏菌:通过粘膜给药对 BALB/c 小鼠产生全身和粘膜免疫反应
DOI:10.1038/srep29556
发表时间:2016-07-14
期刊:Scientific reports
影响因子:4.6
作者:Li QH;Jin G;Wang JY;Li HN;Liu H;Chang XY;Wang FX;Liu SL
通讯作者:Liu SL
DOI:--
发表时间:2016
期刊:Canadian Journal of Microbiology
影响因子:2.8
作者:Dong-Hui Yang;Dan-Dan Zhao;Jia-Jing Li;Shu-Lin Liu
通讯作者:Shu-Lin Liu
病原性细菌的基因组进化:物种形成的分子机制
- 批准号:82020108022
- 项目类别:国际(地区)合作与交流项目
- 资助金额:248万元
- 批准年份:2020
- 负责人:刘树林
- 依托单位:
病原性细菌的物种起源:遗传学基础和获取-适应模型
- 批准号:81871623
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:57.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:刘树林
- 依托单位:
细菌病原性进化中两个关键步骤分子事件解析:致病因子的获得及基因组的适应性重构
- 批准号:81671980
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:70.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:刘树林
- 依托单位:
基因退化与宿主适应:伤寒沙门菌等单一宿主沙门菌动物感染模型的构建
- 批准号:81030029
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:225.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:刘树林
- 依托单位:
沙门氏菌严格宿主适应性的进化
- 批准号:30970119
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:35.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:刘树林
- 依托单位:
国内基金
海外基金
