假單胞菌噬菌體基因組學(xué)研究進(jìn)展

徐志偉，魏云林，季秀玲

綜 述

假單胞菌噬菌體基因組學(xué)研究進(jìn)展

徐志偉，魏云林，季秀玲

昆明理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，昆明 650500

假單胞菌屬(spp.)是地球上重要的生態(tài)菌群之一，廣泛分布于淡水、土壤等生態(tài)環(huán)境。假單胞菌噬菌體是以假單胞菌為宿主的病毒，不僅影響宿主的生存狀況和進(jìn)化過(guò)程，而且在生物物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中扮演著重要角色。隨著基因組測(cè)序技術(shù)的飛速發(fā)展，許多假單胞菌噬菌體的全基因組測(cè)序工作已經(jīng)完成。截至2020年7月，GenBank收錄的假單胞菌噬菌體基因組數(shù)有247條，占全部病毒基因組(10,069條)的2.45%。由于假單胞菌噬菌體基因組大小差異較大、遺傳含量不同、基因組之間相似性較低，因此對(duì)假單胞菌噬菌體基因組的研究相對(duì)較少。本文主要對(duì)假單胞菌噬菌體基因組的特點(diǎn)、遺傳多樣性和功能基因方面的研究進(jìn)行了綜述，以期為理解細(xì)菌和噬菌體的對(duì)抗性共進(jìn)化作用以及噬菌體的遺傳進(jìn)化提供參考。

假單胞菌噬菌體；基因組；遺傳多樣性；功能基因

假單胞菌屬(spp.)是重要的生態(tài)菌群之一，包括植物共生體(施氏假單胞菌()和熒光假單胞菌()、植物病原體(丁香假單胞菌()、人類(lèi)和動(dòng)物病原體(銅綠假單胞菌())和可用于生物修復(fù)的惡臭假單胞菌()等。假單胞菌對(duì)環(huán)境具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，廣泛分布于淡水、土壤等生態(tài)環(huán)境中[1]。

噬菌體是微生物群落的重要組成部分，作為細(xì)菌的天敵可以入侵破壞宿主細(xì)胞的新陳代謝，對(duì)地球生物化學(xué)循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)產(chǎn)生重要影響。作為病毒的一種，噬菌體具有一般病毒體積微小和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特性，同時(shí)因?yàn)轶w內(nèi)只含有單一核酸，不具備完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，只能寄生在活菌中，對(duì)宿主具有嚴(yán)格的特異性；在調(diào)節(jié)微生物群落結(jié)構(gòu)、促進(jìn)生物進(jìn)化方面扮演著重要作用[2,3]。

假單胞菌噬菌體是以假單胞菌為宿主的病毒，由于其宿主假單胞菌在自然環(huán)境中分布廣泛，因此易于從自然界中分離得到。對(duì)假單胞菌噬菌體基因組的研究揭示了噬菌體基因組的多樣性，反映了其宿主假單胞菌的遺傳多樣性，體現(xiàn)不同假單胞菌噬菌體之間序列的相似性和差異性等。因此，開(kāi)展假單胞菌噬菌體基因組的研究，對(duì)了解噬菌體遺傳進(jìn)化、噬菌體–宿主相互作用的分子機(jī)制具有重要的意義[4,5]。結(jié)合近年來(lái)該領(lǐng)域相關(guān)的研究進(jìn)展，本文主要對(duì)假單胞菌噬菌體基因組特點(diǎn)、遺傳多樣性和功能基因的研究等方面進(jìn)行綜述，以期為進(jìn)一步研究假單胞菌噬菌體基因組提供參考。

1 假單胞菌噬菌體基因組基本特點(diǎn)

隨著DNA測(cè)序技術(shù)的不斷發(fā)展，大量噬菌體全基因組被測(cè)序。截止2020年7月，GenBank全基因組數(shù)據(jù)庫(kù)中提交的假單胞菌噬菌體基因組序列有247條，占全部病毒組數(shù)據(jù)庫(kù)(10,069條)的2.45%。綜合來(lái)看，假單胞菌噬菌體基因組具有如下特點(diǎn)。

(1)假單胞菌噬菌體基因組具有嵌合基因結(jié)構(gòu)。這種基因組嵌合結(jié)構(gòu)不是噬菌體群體所特有的，在細(xì)菌中也廣泛存在，隨著可供分析的噬菌體基因組的數(shù)量增加，這種現(xiàn)象在噬菌體基因組中表現(xiàn)得更加明顯[6]。噬菌體基因組具有嵌合現(xiàn)象最早可以通過(guò)異源雙鏈DNA定位法對(duì)核苷酸序列比較分析，隨后通過(guò)對(duì)DNA序列的大量解析，可以在兩段相應(yīng)的DNA序列邊緣觀察到基因組的嵌合結(jié)構(gòu)[7]。嵌合基因結(jié)構(gòu)可以通過(guò)高頻率水平基因轉(zhuǎn)移(horizontal gene transfer, HGT)得到，每個(gè)基因組可以被看作一個(gè)可交換的模塊(這些模塊可以是單個(gè)的基因或者基因群，也可以是單個(gè)蛋白的功能區(qū)域)，從而使得噬菌體基因組具有更多的機(jī)會(huì)去獲得所需要的基因庫(kù)[8]。例如，Amgarten等[9]從堆肥中分離得到3株假單胞菌噬菌體，對(duì)其進(jìn)行了基因組測(cè)序、組裝和注釋?zhuān)黄渲衂C03與ZC08兩株噬菌體的基因組比對(duì)結(jié)果顯示：它們的基因組序列相似性高達(dá)95%；基因的多重比對(duì)顯示這些基因之間存在共線(xiàn)性關(guān)系，為它們屬于遠(yuǎn)源同源基因提供了證據(jù)，同時(shí)呈現(xiàn)出鑲嵌型基因組特點(diǎn)。Pauline等[10]從銅綠假單胞菌轉(zhuǎn)座噬菌體中分離得到噬菌體D3112，并對(duì)D3112的全基因組進(jìn)行了測(cè)序；基因序列與Mu樣噬菌體和前噬菌體具有48%的相似性，同時(shí)尾蛋白基因與大腸桿菌()的原噬菌體和金黃色葡萄球菌()噬菌體Phi12中的原噬菌體序列高度相似；系統(tǒng)發(fā)育分析揭示了假單胞噬菌體D3112基因組的高度鑲嵌結(jié)構(gòu)，并證明了遺傳物質(zhì)的水平交換在噬菌體進(jìn)化中發(fā)揮了重要作用。嵌合基因結(jié)構(gòu)是噬菌體在漫長(zhǎng)的進(jìn)化中不斷選擇或者淘汰重組子的結(jié)果，噬菌體基因組的嵌合結(jié)構(gòu)有益于研究基因的進(jìn)化歷程。

(2)假單胞菌噬菌體具有比宿主菌更低的G+C含量，基因組之間遺傳差異較大。Denver等[11]對(duì)130個(gè)假單胞菌噬菌體基因組進(jìn)行測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)這些假單胞菌噬菌體基因組具有多種G+C含量，最低的G+C含量為37%。Wittmann等[12]從廢水處理廠分離得到兩株噬菌體JWAlpha和JWDelta，基因組測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)JWAlpha和JWDelta的G+C含量分別為54.4%和54.2%，明顯低于宿主菌的G+C含量(65%~66%)；其他N4樣噬菌體基因組也存在G+C含量明顯低于宿主菌的現(xiàn)象。銅綠假單胞菌噬菌體D3112的G+C平均含量為64.34%，而其宿主銅綠假單胞菌的G+C含量為67% (圖1)[10]，兩者之間含量非常接近；D3112基因組中ORF1與ORF2的G+C含量更低，分別為56%和53%，還有一些ORF的G+C含量在60%左右；表明這些基因來(lái)自于低G+C含量的生物，揭示了噬菌體從其他細(xì)菌宿主中轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，導(dǎo)致假單胞菌噬菌體的基因組在遺傳進(jìn)化過(guò)程中差異性較大。假單胞菌噬菌體基因組中低水平的G+C含量，也是宿主菌長(zhǎng)期適應(yīng)不同環(huán)境而產(chǎn)生的一種進(jìn)化。

圖1 銅綠假單胞菌與噬菌體D3112的遺傳圖譜

A：銅綠假單胞菌遺傳圖；B：噬菌體D3112遺傳圖。遺傳圖譜上方是G+C含量的圖形表示，與基因圖譜按比例繪制。中間部分顯示了D3112預(yù)測(cè)的ORF及其方向，由實(shí)心箭頭表示。每個(gè)箭頭下方的數(shù)字對(duì)應(yīng)于ORF編號(hào)，每個(gè)箭頭上方的名稱(chēng)標(biāo)識(shí)具有高度相似性的已知蛋白質(zhì)。黑色箭頭、、表示3個(gè)先前測(cè)序的基因，白色箭頭表示與已知蛋白質(zhì)相似的ORF，灰色箭頭表示未知的ORF。左側(cè)方框表示與噬菌體D3112宿主高度相似的細(xì)菌，陰影表示不同程度的相似性。NmZ：腦膜炎奈瑟球菌Z2491；NmM：腦膜炎奈瑟球菌MC58；So：S. oneidensis；Hi：流感嗜血桿菌；SeTy：腸炎沙門(mén)氏菌；StLT2：腸炎鏈球菌LT2；EcO：大腸桿菌O157:H7；Ec：大腸桿菌；Sf：弗氏志賀菌；Mu：腸噬菌體Mu；PA：銅綠假單胞菌；Pss：丁香屬；Pf：熒光假單胞菌；Pp：惡臭假單胞菌；Xf：X. fastidiosa?？騼?nèi)的星號(hào)表示基于期望值與D3112 ORF具有最高相似性的物種，菱形顯示通過(guò)貝葉斯方法與D3112 ORF最密切相關(guān)的物種，而三角形顯示通過(guò)鄰點(diǎn)連接法與D3112 ORF最密切相關(guān)的物種。

(3)假單胞菌噬菌體基因組密度大、非編碼區(qū)域少。假單胞菌噬菌體基因組中，平均每600 bp長(zhǎng)度含有一個(gè)假定基因[13]。從基因密度來(lái)看：編碼區(qū)堆積緊密，基因之間的間隙少，編碼潛力很高。例如，假單胞菌噬菌體PaP1基因組由91,715個(gè)堿基對(duì)(bp)組成，G+C含量為49.36%?；蚪M中總共預(yù)測(cè)到541個(gè)ORF，只有約13.8%屬于非編碼區(qū)[14]。從噬菌體PaP1 (GenBank ID：HQ832595)的基因組注釋結(jié)果來(lái)看(圖2)，由于ORF之間緊密地結(jié)合在一起，導(dǎo)致基因之間的間隔很小，顯示編碼區(qū)的基因密度很高。18株銅綠假單胞菌噬菌體基因組圖譜分析表明：基因組中編碼區(qū)排列緊湊，功能基因之間間隙較少；每個(gè)銅綠假單胞菌噬菌體基因組的平均基因編碼潛力為93.0%，每1 kb約有1.5個(gè)基因[15]。對(duì)于PB1樣假單胞菌噬菌體，其基因組的密度很大，完整基因組中包含九個(gè)重疊群，長(zhǎng)度范圍從65,762 bp到66,283 bp，每個(gè)基因組包含了85~89個(gè)注釋基因[16]。假單胞菌噬菌體PFP1的基因組總長(zhǎng)度為40,914 bp，包含45個(gè)預(yù)測(cè)的ORF (圖3)，ORF長(zhǎng)度在117~ 3996 bp之間，功能區(qū)之間排列緊湊，平均約900 bp序列含有一個(gè)基因；說(shuō)明噬菌體對(duì)基因組的利用很充分，非編碼區(qū)域很少[17]。假單胞菌噬菌體PaP3的基因組中平均約600 bp分布一個(gè)基因，而在真核生物大麥基因組中平均每20 kb序列含有一個(gè)基因；擬南芥()基因組中平均每4.8 kb片段含有一個(gè)基因；人類(lèi)基因組共30億堿基對(duì)，編碼蛋白的堿基僅約3~5萬(wàn)個(gè)左右，即平均約60 kb序列存在一個(gè)基因[18]。因此，物種進(jìn)化越高級(jí)，其基因密度越小，非編碼序列越多。例如，人類(lèi)基因組約95%的序列都屬于非編碼序列，表明噬菌體作為古老的生物在基因序列上具有更強(qiáng)的利用能力。

圖2 假單胞菌噬菌體PaP1基因組

基因組細(xì)節(jié)可參考文獻(xiàn)[14]。

圖3 假單胞菌噬菌體PFP1的基因組圖

圖上的數(shù)字代表45個(gè)預(yù)測(cè)的ORF，不同的顏色代表預(yù)測(cè)功能。黑色：功能未知的蛋白質(zhì)；藍(lán)色：核苷酸代謝基因組復(fù)制蛋白；綠色：結(jié)構(gòu)蛋白；粉色：裂解蛋白；紅色線(xiàn)：推測(cè)的啟動(dòng)子和終止子；紫色塊：冗余的終端重復(fù)區(qū)域?；蚪M中顯示的序列徽標(biāo)代表噬菌體特異性啟動(dòng)子的序列。

2 假單胞菌噬菌體基因組遺傳多樣性

噬菌體是迄今為止生物圈中最豐富的生命實(shí)體，包含大量的、新的遺傳信息。假單胞菌噬菌體種群具有顯著的遺傳多樣性，然而這些噬菌體基因組之間的序列相似性卻很小[19]。例如，新發(fā)現(xiàn)的一株銅綠假單胞菌噬菌體Podovirius04，其基因組序列與目前已報(bào)道的Podovirius噬菌體相比，相似性都很低[20]。Carson等[21]對(duì)6種銅綠假單胞菌基因組進(jìn)行測(cè)序分析，并與已知的銅綠假單胞菌雙鏈DNA噬菌體的基因組序列進(jìn)行比較，表明這6種銅綠假單胞菌噬菌體基因組序列差異較大，相似性極低。Kwan等[15]對(duì)18株銅綠假單胞菌噬菌體基因組進(jìn)行分析，揭示了編碼蛋白質(zhì)組相關(guān)基因的多樣性；通過(guò)序列比較分析和ORF圖譜分析表明：宿主菌同屬，大多數(shù)噬菌體基因組之間相似性很低。但是，基因組測(cè)序也發(fā)現(xiàn)：相同宿主菌的噬菌體之間，基因組具有潛在相似性。例如，銅綠假單胞菌噬菌體ZC03和ZC08的宿主菌相同，均為銅綠假單胞菌；噬菌體ZC03和ZC08的基因組很相似，不但具有36個(gè)相似性極高的同源基團(tuán)，還均攜帶特殊的tRNA基因[9]。銅綠假單胞菌噬菌體PA11與噬菌體04，基因組序列相似性為95%；噬菌體04基因組編碼55種ORF，與噬菌體PA11中的48個(gè)蛋白質(zhì)基因有40%~100%的相似性，與另外7個(gè)蛋白質(zhì)基因有27%~40%的相似性[22]。徐彬等[23]從環(huán)境污水中分離到一株銅綠假單胞菌噬菌體D204，基因組測(cè)序和比對(duì)發(fā)現(xiàn)D204基因組與銅綠假單胞菌噬菌體PA11的基因組具有83%的序列相似性；在D204基因組片段上，一些特殊位置的編碼基因還與銅綠假單胞菌噬菌體PaeP、PaP3及PaP4的編碼基因類(lèi)似。假單胞菌噬菌體基因組之間具有多樣性，同時(shí)各基因組之間又存在潛在相似性，從而導(dǎo)致假單胞菌噬菌體種群之間具有顯著的遺傳多樣性。

3 假單胞菌噬菌體基因組中功能基因分析

假單胞菌噬菌體基因組上常見(jiàn)的功能基因包括編碼裂解蛋白、調(diào)節(jié)蛋白、尾部蛋白、衣殼蛋白、DNA聚合酶和DNA解旋酶等。隨著對(duì)假單胞菌噬菌體基因組研究的不斷深入，可以把功能基因分為以下幾類(lèi)：

第一類(lèi)：與噬菌體DNA復(fù)制相關(guān)的酶。噬菌體C11的基因組中發(fā)現(xiàn)了與噬菌體DNA復(fù)制有關(guān)的酶，包括ORF 101、ORF 102、ORF 109、ORF 123、ORF 125、ORF 126。0RF 101和ORF 102分別編碼DNA解旋酶(DNA primase/helicase)和DNA聚合酶(DNA polymerase)[19]。噬菌體ZC01與YuA具有直系同源性。因此DNA解旋酶、RecD樣蛋白脫氧脲苷酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶和DNA聚合酶A存在于多個(gè)直系同源基因中[9,24]。

第二類(lèi)：與噬菌體核衣殼蛋白形成相關(guān)的酶。如在噬菌體Ardmore中，ORF115 (卷尺蛋白)可決定噬菌體尾部的長(zhǎng)度，Che8噬菌體的GP116與TM4噬菌體的GP119和Che9d噬菌體的GP119，是尾部亞基的組成部分。此外，還有與噬菌體DNA包裝相關(guān)的基因，如Ardmore噬菌體的ORF11和ORF12，其中ORF12編碼末端酶[25]。

第三類(lèi)：轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能因子。銅綠假單胞菌基因組中的前噬菌體預(yù)測(cè)顯示，前噬菌體存在于少數(shù)假單胞菌菌株中，如NCGM2.S1和VRFPA04噬菌體。在前噬菌體中鑒定出了編碼毒力相關(guān)蛋白和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的幾種基因，如ACG 06-06430[26]。

除了上述常見(jiàn)的功能基因外，假單胞菌噬菌體基因組上還存在抗CRISPR-Cas基因。CRISPR-Cas系統(tǒng)是原核生物中最廣泛的噬菌體抗性機(jī)制之一，它是成簇的、有規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列，可以對(duì)外來(lái)入侵的噬菌體基因進(jìn)行切割[27,28]。April等[29]發(fā)現(xiàn)銅綠假單胞菌噬菌體基因組中存在抗CRISPR基因，編碼銅綠假單胞菌IF CRISPR-CAS系統(tǒng)的蛋白抑制劑，為進(jìn)一步探究噬菌體與宿主菌之間對(duì)抗性共進(jìn)化機(jī)制提供了新的研究思路。

假單胞菌噬菌體影響假單胞菌致病性有3個(gè)關(guān)鍵因素：生物膜的形成、毒力和抗生素抗性。據(jù)報(bào)道溶源性噬菌體Pf4在釋放細(xì)胞外DNA(eDNA)過(guò)程中扮演重要作用，該酶穩(wěn)定了生物膜基質(zhì)并降低其對(duì)抗生素的滲透性。另一種溶源性噬菌體D3112可以阻止細(xì)菌菌毛的形成，導(dǎo)致細(xì)菌粘附力下降，抑制生物膜形成[30]。相反，噬菌體抗性突變體通常是由于假單胞菌的脂多糖(LPS)的改變引起的，這些與生物膜的形成和毒力的變化有關(guān)。噬菌體還可以通過(guò)產(chǎn)生特定的毒力因子來(lái)增加毒力，例如外毒素(如霍亂毒素)和多糖(如藻酸鹽)；因此噬菌體對(duì)環(huán)境假單胞菌的致病性具有復(fù)雜的影響作用[31,32]。假單胞菌噬菌體基因組包含許多未確定的功能基因，并且大部分由功能基因預(yù)測(cè)的蛋白質(zhì)生物學(xué)功能也無(wú)法確定,目前尚無(wú)能夠進(jìn)行匹配的數(shù)據(jù)庫(kù)，因此假單胞菌噬菌體基因組中有很多尚未發(fā)現(xiàn)的新功能基因。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

近年來(lái)，噬菌體基因組學(xué)研究取得了巨大進(jìn)展。高通量測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展為獲得更多新噬菌體基因組帶來(lái)了極大的便利，促進(jìn)了噬菌體基因組學(xué)相關(guān)研究的不斷發(fā)展。噬菌體是宿主遺傳進(jìn)化的主要?jiǎng)恿Γ苯佑绊懼虏⌒约賳伟拗髟谏鷳B(tài)環(huán)境中的作用[33]。

假單胞菌及其噬菌體同時(shí)也是研究病毒與宿主之間相互作用分子機(jī)制的理想模型。對(duì)噬菌體與假單胞菌相互作用的研究體現(xiàn)了這些生物實(shí)體在生物技術(shù)應(yīng)用方面的潛力。噬菌體蛋白在感染周期的每個(gè)階段都具有潛在的生物技術(shù)應(yīng)用，病毒相關(guān)宿主受體的特異性使它們成為快速鑒定病原體的理想工具。一些噬菌體轉(zhuǎn)錄或復(fù)制相關(guān)的酶，也已經(jīng)成為分子實(shí)驗(yàn)室中常用的工具[34]。假單胞菌噬菌體還可以作為控制細(xì)菌感染的新手段，將假單胞菌噬菌體作為抗生素替代品或者直接利用噬菌體產(chǎn)生的裂解酶作為抗菌劑。此外，假單胞菌噬菌體基因組功能區(qū)的注釋?zhuān)欣谛纬梢惶仔碌幕蚬ぞ?，為合成生物學(xué)家提供了新思路。隨著對(duì)假單胞菌噬菌體基因組的不斷研究，利用其與宿主菌的共同進(jìn)化作用開(kāi)發(fā)新型藥物，為抗生素耐藥菌的治療帶來(lái)希望。因此，開(kāi)展假單胞菌噬菌體基因組的研究將具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，不僅有助于拓展我們對(duì)噬菌體生物學(xué)的了解，而且有助于優(yōu)化并利用這些寶貴的生物有機(jī)體。

[1] Silby MW, Winstanley C, Godfrey SA, Levy SB, Jackson RW. Pseudomonas genomes: diverse and adaptable., 2011,35(4): 652–680.

[2] Czajkowski R, Ozymko Z, de Jager V, Siwinska J, Smolarska A, Ossowicki A, Narajczyk M, Lojkowska E. Genomic, proteomic and morphological characterization of two novel broad host lytic bacteriophages ΦPD10.3 and ΦPD23.1 infecting pectinolyticspp. andspp., 2015, 10(3): 1–23.

[3] Olszak T, Latka A, Roszniowski B, Valvano MA, Drulis- Kawa Z. Phage life cycles behind bacterial biodiversity., 2017,24(36): 3987–4001.

[4] Alseth EO, Pursey E, Luján AM, McLeod I, Rollie C, Westra ER. Bacterial biodiversity drives the evolution of CRISPR-based phage resistance., 2019, 574(7779): 549–552.

[5] Li TM, Du B. CRISPR-Cas system and coevolution of bacteria and phages., 2011, 33(3): 213–218.李鐵民, 杜波. CRISPR-Cas系統(tǒng)與細(xì)菌和噬菌體的共進(jìn)化. 遺傳, 2011, 33(3): 213–218.

[6] Ceyssens PJ, Hertveldt K, Ackermann HW, Noben JP, Demeke M, Volckaert G, Lavigne R. The intron-containing genome of the lyticLUZ24 resembles the temperate phage PaP3., 2008, 377(2): 233–238.

[7] Ceyssens PJ, Mesyanzhinov V, Sykilinda N, Briers Y, Roucourt B, Lavigne R, Robben J, Domashin A, Miroshnikov K, Volckaert G, Hertveldt K. The genome and structural proteome of YuA, a newresembling M6., 2007,190(4): 1429–1435.

[8] Hatfull GF, Pedulla ML, Jacobs-Sera D, Cichon PM, Foley A, Ford ME, Gonda RM, Houtz JM, Hryckowian AJ, Kelchner VA, Namburi S, Pajcini KV, Popovich MG, Schleicher DT, Simanek BZ, Smith AL, Zdanowicz GM, Kumar V, Peebles CL, Jacobs WR Jr, Lawrence JG, Hendrix RW. Exploring the mycobacteriophage metapro-teome: phage genomics as an educational platform., 2006, 2(6): e92.

[9] Amgarten D, Martins LF, Lombardi KC, Antunes LP, de Souza APS, Nicastro GG, Kitajima EW, Quaggio RB, Upton C, Setubal JC, da Silva AM. Three novelisolated from composting provide insights into the evolution and diversity of tailed phages., 2017, 18(1): 346–363.

[10] Wang PW, Chu LD, Guttman DS. Complete sequence and evolutionary genomic analysis of thetransposable bacteriophage D3112., 2004, 186(2): 400–410.

[11] Ha AD, Denver DR. Comparative genomic analysis of 130 bacteriophages Infecting bacteria in the genus., 2018, 9: 1456.

[12] Wittmann J, Dreiseikelmann B, Rohde M, Meier-Kolthoff JP, Bunk B, Rohde C. First genome sequences of achromobacter phages reveal new members of the N4 family., 2014, 11(1): 2–15.

[13] Sillankorva S, Kluskens LD, Lingohr EJ, Kropinski AM, Neubauer P, Azeredo J. Complete genome sequence of the lytic?IBB-PF7A., 2011,8: 142.

[14] Lu SG, Le S, Tan YL, Zhu JM, Li M, Rao XC, Zou LY, Li S, Wang J, Jin XL, Huang GT, Zhang L, Zhao X, Hu FQ. Genomic and proteomic analyses of the terminally redundant genome of thePaP1: establishment of genus PaP1-like phages., 2013, 8(5): e62933.

[15] Kwan T, Liu J, Dubow M, Gros P, Pelletier J. Comparative genomic analysis of 18, 2006, 188(3): 1184–1187.

[16] Watkins SC, Sible E, Putonti C. Pseudomonas PB1-Like phages: whole genomes from metagenomes offer insight into an abundant group of bacteriophages., 2018, 10(1): 331–344.

[17] Li M, Chen XR, Ma YS, Li ZB, Zhao QC. Complete genome sequence of PFP1, a novel T7-like., 2018, 163(1): 3423–3426.

[18] Lu SG, Le S, Tan YL, Li M, Liu C, Zhang KB, Huang JJ, Chen HM, Rao XC, Zhu JM, Zou LY, Ni QS, Li S, Wang J, Jin XL, Hu QW, Yao XY, Zhao X, Zhang L, Huang GT, Hu FQ. Unlocking the mystery of the hard-to-sequence phage genome: PaP1 methylome and bacterial immunity., 2014, 15(1): 803–815.

[19] Aparicio T, de Lorenzo V, Martínez-García E. Improved thermotolerance of genome-reducedEM42 enables effective functioning of the PL/cI857 system., 2019, 14(1): 1800483.

[20] Zhang FJ, Huang KC, Yang XJ, Sun L, You JJ, Pan XW, Cui XL, Yang HJ. Characterization of a novel lytic podovirus O4 of., 2018, 163(1): 2377–2383.

[21] Carson S, Bruff E, DeFoor W, Dums J, Groth A, Hatfield T, Iyer A, Joshi K, McAdams S, Miles D, Miller D, Oufkir A, Raynor B, Riley S, Roland S, Rozier H, Talley S, Miller ES. Genome sequences of six paenibacillus larvae., 2015, 3(3): 101–115.

[22] Tang CF, Deng CJ, Zhang Y, Xiao C, Wang J, Rao XC, Hu FQ, Lu SG. Characterization and genomic analyses ofpodovirus TC6: establishment of genus Pa11virus., 2018, 9: 2561.

[23] Xu B, GAO J, GUO XK, Qin JH. Study on the biological and genomic characteristics of Pseudomonas aeruginosa phage D204., 2016, 36(1): 1–5.徐彬, 高晶, 郭曉奎, 秦金紅. 銅綠假單胞菌噬菌體D204的生物學(xué)特性和基因組學(xué)研究. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 36(1): 1–5.

[24] Cui XL. Screening of genes related to pseudomonas aeruginosa response to multiple strains of phage infection and functional annotation of phage C11 genome [Dissertation]. Sc, 2016.崔曉莉. 銅綠假單胞菌應(yīng)答多株噬菌體感染相關(guān)基因的篩選及噬菌體C11基因組的功能注釋[學(xué)位論文]. 天津科技大學(xué), 2016.

[25] Sharma S, Chatterjee S, Datta S, Prasad R, Dubey D, Prasad RK, Vairale MG. Bacteriophages and its applications: an overview., 2017, 62(1): 17–55.

[26] Cao HL, Lai Y, Bougouffa S, Xu ZL, Yan AX. Comparative genome and transcriptome analysis reveals distinctive surface characteristics and unique physiological potentials ofATCC 27853., 2017, 18(1): 459–475.

[27] De Smet J, Hendrix H, Blasdel BG, Danis-Wlodarczyk K, Lavigne R. Pseudomonas predators: understanding and exploiting phage-host interactions., 2017, 15(9): 517–530.

[28] Liang CJ, Meng FM, Ai YC. CRISPR/Cas systems in genome engineering of bacteriophages., 2018, 40(5): 378–389.梁彩嬌, 孟繁梅, 艾云燦. 基于CRISPR/Cas系統(tǒng)的噬菌體基因組編輯. 遺傳, 2018, 40(5): 378–389.

[29] Pawluk A, Bondy-Denomy J, Cheung VH, Maxwell KL, Davidson AR. A new group of phage anti-CRISPR genes inhibits the type I-E CRISPR-Cas system of., 2014, 5(2): e00896.

[30] Habusha M, Tzipilevich E, Fiyaksel O, Ben-Yehuda S. A mutant bacteriophage evolved to infect resistant bacteria gained a broader host range., 2019, 111(6): 1463–1475.

[31] Holguín AV, Cárdenas P, Prada-Pe?aranda C, Rabelo Leite L, Buitrago C, Clavijo V, Oliveira G, Leekitcharoenphon P, M?ller Aarestrup F, Vives MJ. Host resistance, genomics and population dynamics in a salmonella Eenteritidis and phage system., 2019, 11(2): 188.

[32] Li M, Cheng FY, Gong LY, Xiang H. Systematic discovery of novel prokaryotic defense systems: progress and prospects., 2018, 40(4): 259–265.李明, 程飛躍, 龔路遙, 向華. 微生物新型防御系統(tǒng)的系統(tǒng)性發(fā)現(xiàn)與展望. 遺傳, 2018, 40(4): 259–265.

[33] Gao SH, Yu HY, Wu SY, Wang S, Geng JN, Luo YF, Hu SN. Advances of sequencing and assembling technologies for complex genomes., 2018, 40(11): 944–963.高勝寒, 禹海英, 吳雙陽(yáng), 王森, 耿佳寧, 駱迎峰, 胡松年. 復(fù)雜基因組測(cè)序技術(shù)研究進(jìn)展. 遺傳, 2018, 40(11): 944–963.

[34] Sternberg SH, Richter H, Charpentier E, Qimron U. Adaptation in CRISPR-Cas systems., 2016, 61(6): 797–808.

Progress on phage genomics ofspp.

Zhiwei Xu, Yunlin Wei, Xiuling Ji

spp. are one of the most important ecological flora on the earth, widely distributed in freshwater, soil and other ecological environments.phages are viruses hosted byspp., which not only affect the survival and evolution of the hosts, but also play important roles in biomass circulation and energy flow. With the rapid development of genome sequencing technologies, the whole genome sequences of manyphages have been completed. As of July 2020, 247phage genomes were deposited in GenBank, accounting for 2.45% of the total 10,069 viral genomes. The genome sizes ofbacteriophages and the genetic contents are different, and the similarity between genomes is low, so the study onbacteriophage genomes is relatively less. In this review, we summarize the characteristics, genetic diversity, and functional genes ofbacteriophages genomes in order to provide a reference for understanding the antagonistic coevolution of bacteria and phages and the genetic evolution of phages.

phage; genome; genetic diversity; functional gene

2020-04-26;

2020-07-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：31860147，31700324)資助[Supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 31860147, 31700324)]

徐志偉，在讀碩士研究生，專(zhuān)業(yè)方向：低溫微生物。E-mail: 511921187@qq.com

季秀玲，博士，副教授，研究方向：低溫微生物。E-mail: jixiuling1023@126.com

10.16288/j.yczz.19-272

2020/7/16 17:35:56

URI: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20200716.1514.002.html

(責(zé)任編委: 謝建平)