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山羊无乳支原体GM139菌株的比较基因组分析揭示独特表面结构与致病决定因子

论文解读

山羊无乳支原体(Mycoplasma agalactiae)是引发反刍动物传染性无乳症(CA)的主要病原体,被世界动物卫生组织(WOAH)列为法定报告疾病。尽管该病在全球范围内流行,但地中海地区、亚洲和南美洲的畜牧业因此遭受严重经济损失。现有抗生素治疗易导致带菌状态,而疫苗效果有限,这主要归因于病原体表面脂蛋白的高频抗原变异能力。其中,Vpma家族作为已知唯一的支原体致病岛(Pathogenicity Island),通过相变(phase variation)逃避免疫清除,但其在不同菌株中的表达模式与致病力差异的遗传基础尚不明确。

为解决这一问题,奥地利维也纳兽医大学的Rohini Chopra-Dewasthaly团队联合巴西巴伊亚联邦大学的研究人员,对表现独特单VpmaV稳定表达的GM139菌株(山羊分离株)开展比较基因组研究。通过结合纳米孔(Nanopore)与Illumina测序完成基因组组装,并采用纳米液相色谱-质谱(nanoLC-MS/MS)、核心基因组多位点序列分型(cgMLST)等技术,系统分析了其表面抗原结构与进化特征。研究揭示了GM139与参考菌株PG2、5632和GrTh01的基因组差异,相关成果发表于《Veterinary Research》。

关键技术方法
研究通过杂交组装获得GM139完整环状基因组(912,394 bp),利用Triton X-114相分离提取膜蛋白,结合SDS-PAGE与Western blot验证Vpma表达谱;通过nanoLC-MS/MS鉴定嵌合Vpma蛋白;采用Mauve比对分析vpma位点结构;开发cgMLST方案对21株菌进行系统发育分析。

研究结果

  1. GM139的独特Vpma表达谱
    质谱分析证实GM139仅表达一种嵌合型Vpma(由vpmaVPG2与vpmaZPG2重组形成),与前期免疫印迹结果一致。基因组分析发现其vpma位点含10个基因(PG2仅6个),其中5个为全新基因,4个与5632菌株同源,1个为PG2的嵌合体。

  2. 基因组特征与移动元件
    GM139携带1个27 kb整合接合元件(ICE)和4个转座酶,介于PG2(无ICE)与5632(3个ICE)之间。其spma位点(24.8 kb)较PG2(14 kb)更庞大,且拥有完整gsmA基因(调控相变多糖合成),这可能解释其血清抗性表型。

  3. 系统发育分型
    新开发的cgMLST方案(476个靶基因)将21株菌分为两大分支:GM139与5632等山羊源菌株聚为一簇,而PG2与绵羊源菌株形成另一进化枝,提示宿主适应性差异。

结论与意义
该研究首次揭示GM139通过扩展vpma基因库(含独特嵌合体)和保留ICE等可移动元件,实现表面抗原多样性。稳定的VpmaV表达可能削弱免疫逃逸能力,但完整的gsmA与丰富spma基因补偿了其血清抗性。cgMLST分型为支原体流行病学追踪提供新工具。这些发现不仅阐明抗原变异与宿主适应的分子机制,还为针对山羊源菌株的疫苗设计提供了特异性靶点(如嵌合Vpma),对控制CA的跨物种传播具有重要实践价值。

《Veterinary Research》:Comparative genomic analysis of Mycoplasma agalactiae strain GM139 highlights unique surface architecture and pathogenic determinants

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