微生物转录组学技术研究进展

随着分子生物技术的不断进步,转录组学技术已广泛应用于生物基因表达水平的研究。近年来,针对微生物转录组学的研究技术也在不断发展。在基因层面上,由片段RNA与微生物样本进行互补验证,发展到直接对全长RNA进行测序得到序列信息;在空间上,由传统群体转录组发展到空间、单细胞以及表观等层面的研究。随着转录组学技术在微生物研究领域中的应用,相应的缺陷也逐渐显现并不断被完善。本文主要是对微生物研究方面传统的和新型的转录组学技术进行了总结归纳,为微生物转录组学研究提供参考。     

微生物组学研究的“淘金时代”

人体及动物肠道中生存着数量庞大的共生微生物;这些微生物无时无刻不参与着宿主的生命活动。揭示这些共生微生物在宿主体内的变化规律、与宿主之间的依存和博弈关系等,将使人类更加全面的认知高等生物体的生命本质。本专刊从肠道微生物与疾病、肠道微生物群落结构、肠道微生物与宿主互作、肠道微生物资源和肠道微生物研究方法 5个层面展示了我国科研工作者在肠道微生物研究领域的新进展及新观点。     

鸟枪脂组学研究进展及其应用

继基因组学之后,针对各种代谢物的组学研究蓬勃兴起,鸟枪脂组学(shotgun lipidom ics)作为脂类研究的重要新兴手段,在创立和初期发展的过程中便已经展示出惊人的潜力,随着相关技术的进一步完善和发展,必将成为系统生物学的组成部分,在生物医学的研究和应用中发挥难以替代的重要作用。鸟枪脂组学利用质谱技术对全部或单一脂类及其相关分子进行系统分析,研究其改变对生物体所产生的作用并探讨其作用机制。传统脂类分析中的瓶颈问题在以电喷射离子质谱为基础的脂组学方法出现后获得了突破,使脂类分析进入高通量、高精度和高效能的时代。脂类在生物体内分布广泛、种类众多,并且与人类疾病密切相关。将脂组学分析方法运用于疾病相关的特异脂类标志物的发现并揭示其在疾病发生发展等复杂过程中的作用,可能为疾病的诊断治疗提供新的思路和策略。     

组学视角下养殖动物消化道微生物组结构与功能研究进展

养殖动物消化道中含有大量的微生物,不仅参与动物对营养物质的消化和吸收,还对宿主生长发育及免疫起重要调节作用。动物消化道微生物组研究是目前国内外的热点领域,取得了一系列重要研究进展。深入了解养殖动物消化道微生物组的结构与功能,将为今后调控和应用消化道微生物、提高动物生产性能、改善动物胃肠道健康和实现绿色健康养殖奠定理论基础。本文以4种代表性养殖动物(牛、羊、猪和鸡)为主体,对组学视角下其消化道微生物群落结构、功能等研究进展进行总结和分析;并对未来研究方向进行展望。     

功能代谢组学技术在微生物研究中的应用

功能代谢组学是以代谢组学技术发现关键代谢物为基础,结合体内体外实验和分子生物学等技术手段,研究差异代谢物及相关蛋白、酶和基因的功能,从而揭示生物体内在的分子调控机制。功能代谢组学技术具有精准识别关键调控代谢物及其相关基因或酶的特性,近年来在微生物相关疾病的防控和工业化生产等方面受到了广泛的关注。本文介绍了功能代谢组学技术的分析流程、相关研究方法与平台及其在微生物研究方面的应用,其中重点阐述了真核、原核以及病毒微生物的代谢特性、调控靶点及相关防控策略等。最后,提出功能代谢组学研究在未来面临的问题与挑战,为后续功能代谢组学的研究与发展提供新的思路。     

功能代谢组学技术在微生物研究中的应用

功能代谢组学是以代谢组学技术发现关键代谢物为基础,结合体内体外实验和分子生物学等技术手段,研究差异代谢物及相关蛋白、酶和基因的功能,从而揭示生物体内在的分子调控机制。功能代谢组学技术具有精准识别关键调控代谢物及其相关基因或酶的特性,近年来在微生物相关疾病的防控和工业化生产等方面受到了广泛的关注。本文介绍了功能代谢组学技术的分析流程、相关研究方法与平台及其在微生物研究方面的应用,其中重点阐述了真核、原核以及病毒微生物的代谢特性、调控靶点及相关防控策略等。最后,提出功能代谢组学研究在未来面临的问题与挑战,为后续功能代谢组学的研究与发展提供新的思路。     

脂质组学研究方法及其应用

脂质不仅是生物膜的骨架成分和能量贮存物质, 越来越多的证据表明, 脂质也参与细胞的许多重要功能。脂质组学是代谢组学的一个重要分支, 主要研究生物体内所有的脂质分子的特性以及它们在蛋白质表达和基因调控过程中的作用。脂质组学是依赖技术驱动的科学。近年来, 随着人们对脂质研究的重视, 脂质组学研究方法和策略有了突破性进展, 在动物上开发出的脂质组学分析方法已经扩展应用到植物上。该文重点介绍脂质组学的研究方法及其应用, 以期推动脂质组学,特别是植物脂质组学的进一步发展。     

吸烟对健康人群唾液微生物组的影响

【背景】吸烟是重要的公共健康问题,可能通过改变唾液微生物组影响口腔健康甚至全身健康。【目的】探究吸烟对中国健康人群唾液微生物组的影响,为研究吸烟在疾病发展中的作用提供线索。【方法】收集167位健康个体的唾液样本,利用HiSeq高通量测序技术对样品中16S rRNA基因V3-V4区进行测序,分析比较吸烟者和非吸烟者的唾液微生物组的多样性、群落结构和物种丰度,并预测功能组成,探究吸烟对唾液微生物组的影响。【结果】吸烟对唾液微生物组的α多样性影响较小,但是在微生物组组成上,吸烟组中奈瑟菌属、艾肯菌属、二氧化碳嗜纤维属等细菌明显减少,而普雷沃氏菌属、韦荣氏球菌属、放线菌属、奇异菌属和巨球型菌属等细菌明显增加。在功能上,PICRUSt的预测结果显示吸烟组富集不依赖氧气的代谢功能,非吸烟组富集需要氧气参与的代谢功能。【结论】吸烟可能会通过改变唾液微生物组,造成微生物组功能途径的变化,进而引发与吸烟相关的疾病。     

脂质组学研究方法及其应用

脂质不仅是生物膜的骨架成分和能量贮存物质,越来越多的证据表明,脂质也参与细胞的许多重要功能。脂质组学是代谢组学的一个重要分支,主要研究生物体内所有的脂质分子的特性以及它们在蛋白质表达和基因调控过程中的作用。脂质组学是依赖技术驱动的科学。近年来,随着人们对脂质研究的重视,脂质组学研究方法和策略有了突破性进展,在动物上开发出的脂质组学分析方法已经扩展应用到植物上。该文重点介绍脂质组学的研究方法及其应用,以期推动脂质组学,特别是植物脂质组学的进一步发展。     

黑水虻幼虫肠道微生物的功能及组学应用

黑水虻Hemertia illucens幼虫肠道中栖息着许多种类的微生物,这些微生物与宿主之间的相互作用极为复杂,它们可以影响宿主的生长发育、繁殖能力、营养代谢、行为偏好和寿命。此外,它们还可以调节宿主的免疫系统并保护宿主免受病原体的侵害。深入了解微生物与黑水虻的互作机制,有助于优化黑水虻的生长环境,从而实现更高效的人工繁育。相关文章对微生物与黑水虻互作机理进行了总结,但这些研究方法只能提供微生物群落的结构信息,而无法揭示微生物的功能和代谢能力。因此,宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白质组学和代谢组学逐渐被应用,这些技术除了提供关于微生物种群的完整分类,还揭示了它们的功能和代谢能力。通过了解肠道菌群的组成和功能,可以有效调整黑水虻的饲料、饲养环境和生长条件,从而提升黑水虻肠道菌群的稳定,提高黑水虻的生产性能和经济效益。     

长期人为干扰对桂西北喀斯特草地土壤微生物多样性及群落结构的影响

人为干扰是喀斯特草地正向演替的主要障碍因素, 从土壤微生物角度探讨草地对干扰的响应可为喀斯特生态恢复与科学利用提供依据。该研究依托中国科学院环江喀斯特生态系统观测站长期干扰监测样地, 通过高通量测序测定3个干扰模式(火烧、刈割、刈割除根)和1个对照(封育)处理的土壤细菌、真菌α多样性和群落结构, 并分析它们与环境因子(坡位、土壤理化性质)的关系, 揭示人为干扰对桂西北喀斯特草地土壤微生物的影响及机制。结果显示: 1)对于α多样性, 在中坡和下坡, 火烧均显著降低了真菌Chao1指数, 刈割均显著降低了细菌的香农指数和谱系多样性指数; 刈割除根在中、下坡分别显著降低了真菌Chao1指数和细菌香农指数。2)对于群落结构, 火烧、刈割和刈割除根在中、下坡均显著降低了酸杆菌门细菌相对丰度, 火烧在下坡使子囊菌门真菌相对丰度从74.49%显著降低至34.72%。3)冗余分析显示, 微生物生物量碳含量解释细菌和真菌α多样性变化的29.8%和26.8%以及细菌群落结构变化的31.7%; 细根生物量解释细菌α多样性和真菌群落结构变化的13.9%和10.3%。可见, 长期人为干扰对土壤微生物α多样性产生负面影响, 并显著改变微生物群落结构, 影响程度因干扰方式、微生物种类不同而异, 且受坡位调控。土壤微生物生物量碳含量和细根生物量的减少是人为干扰影响土壤微生物多样性和群落结构的重要因素。α多样性及子囊菌的减少将不利于土壤生态系统稳定性的维持, 酸杆菌的减少将不利于土壤有机质降解和铁循环。因此, 长期火烧、刈割等人为干扰将导致喀斯特草地生态系统功能发生退化。     

辽宁省9种兰科植物根内与根际土壤中真菌群落结构的差异

兰科植物的生存及生长高度依赖其根中的共生真菌, 其中的菌根真菌更是对兰科植物的种子萌发与后续生长有着非常重要的作用, 研究兰科植物根中的真菌, 尤其是菌根真菌, 对兰科植物的保护有重要作用。该研究利用第二代测序技术, 对中国辽宁省境内的9种属于极小种群的兰科植物的根、根际土和根围土中的真菌群落和菌根真菌组成进行了研究。结果显示, 兰科植物根中的真菌群落和根际土、根围土中的真菌群落具有显著差异。兰科植物根中的总操作分类单元(OTU)数目远小于根际土和根围土中的总OTU数目。同时, 兰科植物根中菌根真菌的种类和丰度与根际土、根围土中菌根真菌的种类与丰度没有明显联系。FunGuild分析结果显示, 丛枝菌根真菌在根际土与根围土中的丰度非常高, 但在兰科植物的根中却数量极少。这些结果表明, 兰科植物根中的真菌群落与土壤中的真菌群落在一定程度上是相互独立的。     

磺胺甲恶唑高效降解菌群的多样性分析和降解微生物的分离表征

为了解决养殖水体中抗菌药物磺胺甲恶唑残留污染的问题,以抗菌药物磺胺甲恶唑为唯一碳源,通过连续4次传代富集,获得了磺胺甲恶唑降解菌群。通过16S V3-V4区高通量测序分析了每个代次的群落组成和丰度变化,推测了与磺胺甲恶唑降解相关的菌株信息,进一步连续分离纯化到了磺胺甲恶唑降解菌株LLE3。经16S rDNA及生理生化鉴定,初步将LLE3鉴定为鞘氨醇杆菌属（Sphingobacterium）菌株。对该菌进行了降解条件优化,在最优降解条件下（30 ℃,pH 7,接种浓度为5×107 CFU·mL-1）,该菌7 d内对50 mg·L-1的磺胺甲恶唑降解效率可达93.7%。运用高效液相色谱与质谱联用鉴定了菌株LLE3降解后的代谢产物为N-[4-(1,2-恶唑-3-基氨磺酰基)苯基]乙酰胺。研究结果为磺胺甲恶唑污染的水体和土壤环境修复提供了优良的微生物资源。     

全球森林土壤微生物生物量碳氮磷化学计量的季节动态

土壤微生物生物量在森林生态系统中充当具有生物活性的养分积累和储存库。土壤微生物转化有机质为植物提供可利用养分, 与植物的相互作用维系着陆地生态系统的生态功能。同时, 土壤微生物也与植物争夺营养元素, 在季节交替过程和植物的生长周期中呈现出复杂的互利-竞争关系。综合全球数据对温带、亚热带和热带森林土壤微生物生物量碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比值的季节动态进行分析, 发现温带和亚热带森林的土壤微生物生物量C、N、P含量均呈现夏季低、冬季高的格局。热带森林四季的土壤微生物生物量C、N、P含量都低于温带和亚热带森林, 且热带森林土壤微生物生物量C含量、N含量在秋季相对最低, 土壤微生物生物量P含量四季都相对恒定。温带森林的土壤微生物生物量C:N在春季显著高于其他两个森林类型; 热带森林的土壤微生物生物量C:N在秋季显著高于其他2个森林类型。温带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在四季都保持相对恒定, 而热带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在夏季高于其他3个季节。阔叶树的土壤微生物生物量C含量、N含量、N:P、C:P在四季都显著高于针叶树; 而针叶树的土壤微生物生物量P含量在四季都显著高于阔叶树。在春季和冬季时, 土壤微生物生物量C:N在阔叶树和针叶树之间都没有显著差异; 但是在夏季和秋季, 针叶树的土壤微生物生物量C:N显著高于阔叶树。对于土壤微生物生物量的变化来说, 森林类型是主要的显著影响因子, 季节不是显著影响因子, 暗示土壤微生物生物量的季节波动是随着植物其内在固有的周期变化而变化。植物和土壤微生物密切作用表现出来的对养分的不同步吸收是保留养分和维持生态功能的一种权衡机制。     

利用高通量测序技术对水稻秸秆中、低温降解菌系的比较分析

采用Illumina MiSeq高通量测序技术,对中、低温(中温25℃、低温10 ℃)富集驯化所得水稻秸秆降解菌系进行测序;采用生物信息学方法对中、低温秸秆降解菌系群落生物多样性进行分析.结果表明,测序质控后获得601 489条16S rDNA序列,平均长度273 bp,经Silval 132数据库比对,中温降解菌系包...     

贺兰山不同林分凋落物微生物群落特征与影响因素

贺兰山是我国重要生态屏障,贺兰山生态森林生态系统保护受到极大关注,森林凋落物及土壤微生物对全球气候变化研究具有重要意义。目前,贺兰山不同林分的凋落物分解过程中微生物群落结构特征差异、不同凋落物化学组成对微生物群落结构的影响尚不清楚。以贺兰山具有代表性的3种林分（油松林、青海云杉林以及油松-山杨混交林）凋落物为研究对象,开展凋落物化学组成、微生物群落组成及多样性特征研究,揭示不同林分凋落物的优势微生物群落特征和影响因子。结果表明,3种林分凋落物的细菌和真菌在多个多样性指数之间差异性均不显著,但是在多样性指数中真菌PD whole tree指数显著大于细菌,真菌Shannon指数与Ghao1指数却显著小于细菌。在门水平上不同林分凋落物的微生物优势菌类无显著差异,但在属水平上差异显著,而且细菌差异小于真菌,在各个分类水平上,凋落物细菌和真菌群落组成均表现为油松-山杨混交林＜青海云杉林＜青海云杉林,凋落物微生物多样性在青海云杉林中最为丰富。细菌不同节点间连接线负相关数量略大于正相关,真菌则相反。油松林凋落物与其它林分凋落物相比,微生物群落之间联系更加紧密。油松林凋落物OC含量最大、青海云杉林凋落物的TK含量最大、油松-山杨混交林的TN含量最大,且在3种林分中显著差异。相关性分析表明OC、TN、TP、TK是影响凋落物细菌和真菌群落组成及多样性的主要因素,冗余分析表明不同林分凋落物的微生物多样性指数受养分影响,凋落物OC、TN、TP、TK是影响微生物群落组成和多样性的重要因素,其中OC与微生物群落多样性相关性最显著,是影响凋落物细菌和真菌群落组成和多样性最主要的因子。     

冰川生态系统固碳微生物研究进展

[目的] 海南海口含有丰富的温泉资源,对温泉微生物多样性进行研究,有助于进一步开发和利用海南温泉微生物资源。[方法] 本文采用Illumina HiSeq高通量测序技术对海口3个温泉[海甸岛荣域温泉（S1）、火山口开心农场温泉（S2）和西海岸海长流温泉（S3）] 水样中微生物ITS序列和16S rRNA基因V3-V4区进行测序及生物信息学分析,探究海口市3个不同区域的温泉真菌多样性与细菌多样性。[结果] （1）α多样性分析表明,真菌群落中,S3 > S1 > S2,而在细菌群落中,S2 > S1 > S3。β多样性分析表明,3个温泉真菌群落和细菌群落组成差异皆显著。（2）分类分析表明,温泉真菌群落优势菌门为子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）,细菌群落优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、Thermi、硝化螺旋菌门（Nitrospirae）、绿菌门（Chlorobi）、厚壁菌门（Firmicutes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteria）。（3）CCA（Canonical correspondence analysis）分析表明,3个温泉的真菌群落主要影响因子是温度,细菌群落主要影响因子是总磷。[结论] 海南省海口市温泉中含有丰富的微生物资源,其微生物群落组成受多种环境因子影响,且影响真菌和细菌的主要环境因子不同。     

基于高通量测序的禁牧对土壤微生物群落结构的影响

麋鹿的采食、躺卧和践踏行为均会对栖息地土壤环境造成影响,进而影响土壤微生物群落结构。利用高通量测序技术,分析江苏大丰麋鹿国家级自然保护区禁牧点和补饲点土壤细菌和真菌群落结构差异,并结合土壤理化性质探究禁牧对土壤微生物群落结构的影响。结果表明细菌群落的优势菌门为变形菌门,真菌群落的优势菌门为子囊菌门。禁牧改变了土壤微生物群落结构,在门水平上提高了变形菌门、放线菌门和担子菌门的相对丰度,降低了绿弯菌门、厚壁菌门和子囊菌门的相对丰度,禁牧点与补饲点土壤微生物群落多样性的相似性较低。冗余分析中,细菌受土壤环境因子的影响大于真菌,其中土壤pH是影响细菌和真菌群落最大的土壤环境因子。研究揭示了禁牧对土壤微生物群落结构的影响,为保护区制定麋鹿生境恢复方案提供参考。