不同亚种沙门菌之间基因组及转录组的比较：感染温血动物所需关键因子的鉴定

Selection of host range is one of the most important issues in Salmonella research. While S. enterica subspecies I exclusively infect warm-blooded animals, the other subspecies all take cold-blooded animals as their natural hosts. Previous studies have largely focused on comparison between serovars within Subspecies I but neglected the fact that only comparison between different subspecies can elucidate the mechanisms that Salmonella use to infect warm-blooded animals. This study plans to construct the interaction model between Salmonella and host cell first, and then to compare the genomes and transcriptomes between Subspecies I and the other subspecies. The genes that are specifically present in Subspecies I or are significantly differentially expressed between subspecies will be further validated by cellular and animal experiments to assure if they play key roles in Salmonella infecting warm-blooded animals.

宿主范围选择是沙门菌研究中一个重要而有趣的现象。在沙门菌S. enterica几个亚种中，只有亚种I感染温血动物，其余亚种均感染冷血动物。以往的研究多着眼于亚种I内部不同血清型之间致病机制的比较，却忽略了很重要的一点：只有通过亚种I与其它亚种间的比较才能真正揭示沙门菌感染温血动物的原因。本课题拟通过建立沙门菌与真核细胞的互作模型，进而比较亚种I与非亚种I的基因组及转录组数据，筛选出在亚种I中特异存在或在亚种间显著差异表达的基因，配合细胞学及动物学实验验证，最终鉴定出沙门菌感染温血动物的关键因子。

不同亚种或不同血清型的沙门菌拥有不同的宿主范围：既有感染温血动物或冷血动物的差别，也有广宿主感染和窄宿主感染的差别，具体原因目前尚未阐明。本项目旨在研究上述宿主范围差异的内在分子机制。在项目的具体执行过程中，我们首先比较了不同宿主范围沙门菌的基因组序列：1）完成了鸡白痢沙门菌CDC1983-67与仙台沙门菌BAA1672的全基因组测序，发现了窄宿主沙门菌比广宿主沙门菌拥有更多的假基因；2）完成了亚种III型RKS2983菌株的全基因组测序，发现其拥有毒力岛SPI-1和SPI-2，但其他毒力基因的分布与亚种I型沙门菌有较大差别；3）通过比较公共数据库中所有窄宿主与广宿主沙门菌的基因组序列，发现两者在非同义突变与插入缺失等遗传事件上的发生率明显不同。其次，我们比较了不同宿主范围沙门菌的转录组表达谱，发现了：1）若干非编码RNA在不同血清型沙门菌中普遍高度表达，占总转录组序列的1/4以上；2）共有29个基因在所测沙门菌血清型中均保守存在，但其表达量在广宿主与窄宿主沙门菌之间均存在显著差异。最后，我们针对基因组与转录组的比较结果，挑选若干基因进行生物学功能验证，实验结果表明：1）在伤寒沙门菌中修补假基因peg.210与peg.1731的开放阅读框，使其能够正常表达蛋白后，发现修补株较野生株对人巨噬细胞的毒力明显下降；2）在修补假基因peg.1551的开放阅读框后，修补株与野生株感染小鼠后所表现的症状明显不同。综上所述，本研究通过高通量测序技术，阐明了不同宿主范围沙门菌在基因组、转录组水平存在的若干差异，筛选出若干与沙门菌毒力或宿主范围相关基因，并通过细胞、动物实验等途径验证了其生物学功能，上述研究成果为最终揭示沙门菌的宿主选择机制提供了科学依据。