Whole genome analysis of Streptomyces rapamycinicus wild-type and rapamycin high-producing mutant strains
- 주제(키워드) Streptomyces , Rapamycin , Random mutagenesis , Whole genome sequencing
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 오민규
- 발행년도 2021
- 학위수여년월 2021. 8
- 학위구분 석사
- 학과 대학원 화공생명공학과
- 세부전공 화공생명공학전공
- 원문페이지 64 p
- UCI I804:11009-000000252145
- DOI 10.23186/korea.000000252145.11009.0001218
- 본문언어 영어
초록/요약
Streptomyces rapamycinicus NRRL 5491 strain is well known for its production capacity of rapamycin, which is a high-value compound with a variety of useful functions including its use as an immunosuppressive agent. In this research, whole genome analysis of the S. rapamycinicus wild-type and rapamycin hyper-producer SRMK07 strain which had been acquired by applying the UV-based random mutagenesis to the wild-type strain was performed to uncover the genetic factors affecting the rapamycin high-production property of the SRMK07 strain. As a result, the obtained genome length of the wild-type and SRMK07 strains were 12.47 Mbp and 9.56 Mbp, respectively. By comparing these genome data, it was found that both end regions of the genome had been eliminated and therefore biosynthetic gene clusters (BGCs) for 17 metabolites had been lost in the SRMK07 strain. In addition, the genomic portion where the rapamycin BGC is located was duplicated in the SRMK07 strain. These were the reasons of rapamycin high-production. Finally, through the essential gene analysis, it was discovered that the SRMK07 strain had all of the genes necessary for its survival despite of the deletions occurred in the genome. This result supported that the quality of our genome sequencing results was quite reliable because there existed no inconsistencies in the essential gene analysis results despite of the huge changes in the SRMK07’s genome.
more초록/요약
Streptomyces rapamycinicus NRRL 5491은 라파마이신 생산 능력으로 잘 알려진 균주이며, 라파마이신은 면역억제활성을 비롯한 다양한 생리활성을 가지고 있는 고부가가치 물질이다. 본 연구에서는 Streptomyces rapamycinicus 야생형 균주 및 이 야생형 균주에 UV에 기반한 무작위적 돌연변이 방법을 가해 만들어진 라파마이신 고생산 균주 SRMK07에 대해 전체 유전체 서열 분석을 진행하였으며, 이를 통해 SRMK07이 가지고 있는 라파마이신 고생산 특성의 유전적 원인을 밝혀내고자 하였다. 그 결과 얻어진 야생형 균주 및 SRMK07 균주의 유전체 길이는 각각 12.47 Mbp와 9.56 Mbp이었다. 이후 이들 유전체 데이터를 비교함으로써 SRMK07 균주에서는 유전체 양 끝 부분이 크게 소실되었으며, 이로 인해 17개 대사산물에 대한 생합성 유전자 클러스터 (BGC) 들이 제거되었음을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 SRMK07 균주에서는 라파마이신 BGC가 위치하는 유전체 부분이 복제되어 존재했다. 즉, BGC 소실 및 라파마이신 BGC 영역 복제가 SRMK07의 라파마이신 고생산 원인임을 밝혀냈다. 마지막으로, 필수 유전자 분석을 진행한 결과 SRMK07 균주에서는 유전체의 큰 부분이 소실되었음에도 불구하고 생존에 필수적인 유전자들은 모두 남아있음을 확인하였다. 즉, SRMK07 균주가 겪은 큰 유전체 상의 변화에도 불구하고 필수 유전자 분석 결과에는 어떠한 모순점도 존재하지 않았으며, 이러한 결과는 본 연구를 통해 얻어진 유전체 서열이 신뢰성을 가짐을 시사한다.
more목차
ABSTRACT i
CONTENTS iii
LIST OF TABLES v
LIST OF FIGURES vi
1. Introduction 1
1-1. Features of Streptomyces 1
1-2. Random mutagenesis of Streptomyces 3
1-3. Rapamycin 4
1-4. Whole genome sequencing – PacBio and Illumina methods 5
1-5. Research objective 7
2. Materials and Methods 8
2-1. Strains and medium composition 8
2-2. Methods for measuring rapamycin production 11
2-3. Whole genome sequencing analysis 12
2-4. qPCR (quantitative PCR) to probe genome duplication in SRMK07 13
2-5. BGC and essential gene analysis 15
3. Results and Discussions 16
3-1. Obtaining genome sequences of the S. rapamycinicus wild-type and SRMK07 strains 16
3-2. Genome deletions in the SRMK07 strain 19
3-3. Genome duplication in the SRMK07 strain 25
3-4. Essential gene analysis 28
4. Conclusion 36
REFERENCES 38
ABSTRACT IN KOREAN 53
