土壤系统中抗性基因LsaE的进化分析

土壤系统中抗性基因LsaE的进化分析

史珂源2，王秀1

江苏理工学院 化学与环境工程学院 ，江苏 常州 213001；2.江苏理工学院 国际教育学院，江苏 常州 213001）

摘 要：本研获得LsaE基因核苷酸序列1485bp，蛋白质序列494aa。通过Expasy程序分析LsaE基因为稳定性疏水性蛋白质。LsaE同源基因分析获得4个LsaE同源基因，这些同源基因的物种是S. suis、E. faecium。运用MAGA程序对LsaE基因构建进化树，进化分析显示LsaE基因AHC08069.1与 WP216806933.1亲缘关系最靠近。在微环境系统的调节中，LsaE同源基因在E. faecium、S. suis物种中较为保守以及功能相似。本研究对抗性基因LsaE基因的生物信息学分析以及深入的进化分析将对相关的抗性基因以及抗性基因网络协同调节生态系统微环境调节提供重要的信息来源和理论基础。

关键词：LsaE；序列分析；进化树

Lsa基因是称为ABC超家族的外排泵超家族的成员，包括 lsaA、B、C 和 E 亚型。lsa（E）基因被鉴定为大环内酯类-林科酰胺-链球菌素（MLS）抗性基因，并被推测是从肠球菌转移而来的[1]。lsa（E）基因不仅在金黄色葡萄球菌中得到了描述，而且在凝固酶阴性的葡萄球菌（CoNS）和其他物种中也有描述[2-5]。

近年来功能筛选和宏基因数据库的增长积累正在揭示:在环境中存在着意想不到的高密度的抗性基因的存在，生物信息学网络数据库为基因信息的查询和分析提供了手段[6]。序列比对最常用的数据库是NCBI-RefSeq的参考序列数据库数据库。基因组注解的常用数据库有Ensembl、Entrez Gene、UCSC数据库。Ensembl数据库主要是提供脊索动物和模式生物基因组注释Entrez Gene数据库是一个NCBI基因特异性数据库。 UCSC数据库包含大量基因组脊椎动物和选定模式生物的拼接数据和注释[7]。

1  材料和方法

1.1LsaE基因生物信息学分析的内容

通过ncbi网站获得基因的全长氨基酸序列，并对氨基酸序列进行核酸分析和氨基酸注解。挑选4个同源基因进行序列比对分析并进行进化分析。

2结果和分析

2.1 LsaE基因核酸序列和蛋白序列的分析

LsaE基因（E. faecium）核苷酸序列为1485bp，蛋白质序列为494aa，该基因的基因组序列号为KF421157.1。其中核苷酸序列有起始密码子ATG和终止密码子TAG，如图1。 

图1 LsaE的核苷酸序列

2.2 物种中LsaE同源基因的分析

LsaE同源基因（S. suis）WP_204111562.1、WP 216806933.1、NQI73698.1、WP 105115468.1氨基酸序列分析，这四个基因的氨基酸序列均为494aa。目的基因与WP 204111562.1比对分析在3位置上的单氨基酸不同，相似度为99.8%。与WP 216806933.1比对分析发现210位置和212位置存在单氨基酸不同，具有99.6%的相似度。与NQI73698.1比对分析发现分别在135位置和194位置存在单个氨基酸不同，具有99.39%的相似度。与WP 105115468.1比对分析发现出现多处位置存在单氨基酸不同，具有98.58%的相似度，如图2。

图2与WP_204111562.1、WP 216806933.1、NQI73698.1、WP_105115468.1氨基酸序列比对图

2.3 LsaE同源基因的进化分析

根据分析获得物种LsaE同源基因的蛋白序列信息（包括目的基因），进一步对同源基因进行进化分析。通过MEGA软件导入LsaE同源基因建立进化树，如图3。进化分析结果显示目的基因AHC08069.1与WP216806933.1亲缘关系最靠近，其次是WP204111562.1、WP167746207.1、NQI73698.1。这些在进化树中与目的基因靠近的同源基因在氨基酸序列上相似度都很高，物种主要集中在E. faecium、S. suis。这些分析结果说明当受到一定环境的进化压力的情况下，E. faecium、S. suis物种中的LsaE同源基因较为保守。这也说明了在微环境系统的调节中，LsaE同源基因的功能也就是抗性基因的功能在E. faecium、S. suis物种中相似，从而推测涉及到LsaE的抗性调节部分网络系统也是相似的。

图5 显示LsaE基因关系的进化树

3 讨论

本文获得抗性基因LsaE基因序列1485bp，蛋白质序列全长494aa。该基因属于疏水性蛋白。获得LsaE基因的序列号（AHC08069.1），挑选4个LsaE同源基因进行分析，这些物种主要是S. suis、E. faecium。WP216806933.1、WP167746207.1、NQI73698.1、 WP204111562.1蛋白序列相似度高。进化树的分析结果基本与同源基因LsaE的分析结果基本一致。这些蛋白相似度高而且进化树较为靠近的LsaE同源基因基本上具有相同蛋白质功能。在一定的环境进化压力下，只出现的位置不多的单氨基酸突变。

参考文献

[1]Wendlandt S., Lozano C., Kadlec K., Gomez-Sanz E., Zarazaga M., Torres C., et al. (2013b). The enterococcal ABC transporter gene lsa(E) confers combined resistance to lincosamides, pleuromutilins and streptogramin A antibiotics in methicillin-susceptible and methicillin-resistant Staphylococcus aureus. J. Antimicrob. Chemother. 68 473–475. 10.1093/jac/dks398 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] [Ref list]

[2]Montilla A., Zavala A., Caceres C. R., Cittadini R., Vay C., Gutkind G., et al. (2014). Genetic environment of the lnu(B) gene in a Streptococcus agalactiae clinical isolate. Antimicrob. Agents. Chemother. 58 5636–5637. 10.1128/AAC.02630-14 [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] [Ref list]

[3]Wendlandt S., Kadlec K., Fessler A. T., Schwarz S. (2015). Identification of ABC transporter genes conferring combined pleuromutilin-lincosamide-streptogramin a resistance in bovine methicillin-resistant Staphylococcus aureus and coagulase-negative staphylococci. Vet. Microbiol. 177 353–358. 10.1016/j.vetmic.2015.03.027 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] [Ref list]

[4]Zhang A., Xu C., Wang H., Lei C., Liu B., Guan Z., et al. (2015). Presence and new genetic environment of pleuromutilin-lincosamide-streptogramin A resistance gene lsa(E) in Erysipelothrix rhusiopathiae of swine origin. Vet. Microbiol. 177 162–167. 10.1016/j.vetmic.2015.02.014 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] [Ref list]

[5]Huang K., Zhang Q., Song Y., Zhang Z., Zhang A., Xiao J., et al. (2016). Characterization of spectinomycin resistance in Streptococcus suis leads to two novel insights into drug resistance formation and dissemination mechanism. Antimicrob. Agents. Chemother. 60 6390–6392. 10.1128/AAC.01157-16 [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] [Ref list]

[6]Miller JR, Koren S and Sutton G (2010). Assembly algorithms for next-generation sequencing data. Genomics 95: 315-327.

[7]Pevsner J (2015). Bioinformatics and functional genomics, 3rd ed. John Wiley & Sons Inc, Chichester.