基于高通量测序的闽楠幼林根际土壤丛枝菌根真菌群落变化

【背景】闽楠是珍贵用材树种。阐明闽楠根际土壤微生物特征,对科学经营闽楠人工林有指导作用。【目的】明确闽楠人工林恢复过程中根际土壤丛枝菌根群落随林龄的变化特征。【方法】采用高通量Illumina MiSeq测序的方法,评估不同林龄闽楠幼林根际土壤丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhiza Fungi,AMF)群落的多样性和组成,揭示造林后闽楠根际土壤真菌群落对时间序列中土壤养分变化的响应特征。【结果】从3个林龄闽楠根际土壤中共得到342 555条有效序列,共得到253个AMF-OTU,分属于1门1纲5目9科14属。α多样性指数表明,丛枝菌根真菌群落的Chao1、Shannon指数随着林龄的增加而增加,但不同林龄间差异不显著。β多样性指数表明,在闽楠幼龄阶段,不同林龄间AMF群落组成差异明显。根据Bray-Curtis相异度分析阐明AMF群落组成的相似性与林龄相关。种水平物种丰度与土壤因子的相关性分析表明,影响AMF群落丰度的主要土壤因子是pH、全钾、硝态氮和铵态氮。铵态氮与优势AMF分子虚拟种Glomus-Franke-A1-VTX00076、Glomus-Franke-A1-VTX00269的丰度呈显著正相关。【结论】随着林龄的增加,闽楠幼龄根际土壤丛枝菌根真菌的种类组成发生了显著变化,影响AMF特性的主要土壤因子是pH、全钾、硝态氮和铵态氮。这些发现将有助于揭示闽楠幼林生态系统和土壤微生物多样性的相互关系和机制,为生物多样性-生态系统功能实验提供理论依据。     

象山港硅藻赤潮过程中真菌群落演替及互作特征

[背景] 近岸海域赤潮的发生能显著改变包括真菌在内的微生物群落组成,进而影响海洋中碳氮元素循环。真菌是海洋中重要的分解者,但赤潮过程对真菌群落的影响少有报道。[目的] 探明赤潮过程对真菌群落的影响,对进一步阐释赤潮对生态系统中物质循环的影响具有重要意义。[方法] 针对2017年春季象山港硅藻赤潮,对真菌内源转录间隔区1（Internally Transcribed Spacer 1,ITS1）序列进行高通量测序,研究赤潮过程中真菌群落响应及共现性特征。[结果] 真菌群落的α多样性指数在赤潮暴发的各阶段差异显著,而且均与磷酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐有显著相关性（P<0.05）。子囊菌门（Ascomycota,90.2%）和担子菌门（Basidiomycota,8.27%）是本次硅藻赤潮的优势菌门,其中子囊菌门遍布赤潮暴发的4个阶段;锤舌菌纲（Leotiomycetes,16.1%）和散囊菌纲（Eurotiomycetes,9.3%）是纲水平上的主要优势类群。赤潮暴发过程中硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐和温度等环境因素的改变,驱动真菌群落组成及结构发生显著变化。Helotiales、Eurotiales、Xylariales、Sacc haromycetales和Agaricostilbales构成了真菌群落共现网络的主体。[结论] 真菌群落在赤潮的各阶段具有显著的演替特征,赤潮藻生消是引起真菌群落演替的主要因素,但是环境因子也扮演着重要角色。赤潮过程中,真菌群落同类群内的互作要强于不同类群间的互作,这对维持群落的稳定性具有重要意义。     

不同身体质量指数人群肠道菌群结构及共存网络解析

[背景] 人体能量稳态失衡表现为体重过轻、超重和肥胖,肠道菌群与人体能量稳态的维持有关,但不同身体质量指数（Body Mass Index,BMI）人群的肠道菌群特征仍需进一步探究。[目的] 基于美国肠道计划公开数据库,解析4类BMI人群肠道菌群的特征,并探究4类BMI人群肠道菌群共存网络特征及差异,为基于肠道菌群来干预肥胖及体重过轻等不健康状态提供新的理论依据。[方法] 从美国肠道计划数据集中筛选具有BMI信息的肠道菌群样本,并根据世界卫生组织规定的BMI划分标准将筛选后的样本分为4类：体重过轻（BMI<18.5 kg/m²）,正常体重（18.5 kg/m²2）,超重（25 kg/m²2）,肥胖（BMI>30 kg/m²）;通过计算和比较肠道菌群的α多样性和β多样性探究4类BMI人群肠道菌群的整体结构特征及差异;通过多元线性回归模型对不同BMI分类与肠道菌群进行相关性分析,并且将地域、年龄、性别因素作为混杂因素加入到模型中进行校正;采用SparCC分别计算4类BMI人群肠道菌群中菌属相关性,并分别构建肠道菌群共存网络。[结果] 经过Wilcoxon秩和检验,发现体重过轻、超重、肥胖人群的肠道菌群α多样性都显著低于正常体重人群;β多样性分析结果表明4类BMI人群肠道菌群的整体结构存在显著差异;4类BMI人群肠道中厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）的相对含量无显著差异;通过MaAsLin分析,并且将地域、年龄、性别因素作为混杂因素加入到模型中进行校正,共得到49个与BMI类型显著相关的物种;4类BMI人群肠道菌群共存网络的拓扑结构具有一定差异,体重过轻和正常体重人群肠道菌群共存网络的复杂度较高,超重和肥胖人群肠道菌群共存网络的复杂度较低。[结论] 4类BMI人群肠道菌群的多样性、整体结构和共存网络间均存在差异。     

长足大竹象消化道不同分段菌群异质性及竹木质纤维素降解能力

【目的】长足大竹象Cyrtotrachelus buqueti消化道共生菌群参与了竹纤维素的降解。本研究旨在揭示长足大竹象幼虫消化道不同分段共生菌群异质性及木质纤维素的降解能力。【方法】通过对16S rRNA测序对长足大竹象幼虫消化道分段口器(YB)、前肠(YFG)、中肠(YMG)和后肠(YHG)进行菌群组成分析及功能预测;分析各消化道分段核心属细菌基因组中碳水化合物活性酶(carbohydrate active enzyme, CAZy)基因,预测木质纤维素降解能力;应用口器混合菌(MPJ)、前肠混合菌(FJ)、中肠混合菌(MJ)和后肠混合菌(HJ)悬液体外降解竹笋粉,检测共生菌群的木质纤维素的降解能力。【结果】长足大竹象幼虫消化道菌群多样性分析显示,YFG, YMG和YHG的菌群多样性大于YB,YFG的菌群物种多样性最高,而YB最低。YFG, YMG和YHG样本中厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)相对丰度最高,而YB中变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)相对丰度最高。核心属细菌基因组CAZy基因分析表明长足大竹象幼虫消化道中大多数细菌基因组中存在丰富的CAZy基因,且在拟杆菌属Bacteroides细菌基因组中尤为明显,预示其与木质纤维素的降解密切相关。体外降解竹笋粉实验结果表明,长足大竹象幼虫MPJ, FJ, MJ和HJ对竹笋粉纤维素的降解率分别为21.7%, 39.9%, 44.2%和21.0%,对半纤维素降解率分别为72.7%, 52.3%, 65.7%和61.5%,对木质素降解率分别为20.5%, 41.3%, 39.9%和37.9%。【结论】长足大竹象幼虫的消化道菌群的异质性可以影响木质纤维素降解能力,因而这些菌群可以作为分离高效木质纤维素降解菌的重要来源之一。本研究为竹生物质的工业转化利用提供部分参考信息。     

黑头酸臭蚁微卫星标记的分离与开发(英文)

【目的】本研究旨在分离黑头酸臭蚁Tapinoma melanocephalum基因组微卫星标记,确定这些微卫星位点的多态性。【方法】使用454 GS-FLX焦磷酸测序技术开发来自中国华南陆地和岛屿的11个黑头酸臭蚁地理种群基因组微卫星位点。从随机设计的100对微卫星引物中筛选出10对引物,用于确定黑头酸臭蚁4个地理种群［东澳岛(DAD)、荷包岛(HBD)、梅州(MZ)和山咀(SJ)］10个微卫星位点的多态性,分析种群遗传多样性和种群分化。【结果】从11个黑头酸臭蚁地理种群基因组中成功开发和分离10对微卫星引物。在DAD, HBD, MZ和SJ 4个地理种群中,10个微卫星位点中7个有高多态性,这10个位点均显著偏离Hardy-Weinberg平衡;每个位点的等位基因数量(A)是3.50~9.00个,每个地理种群每个位点等位基因丰富度(A_R)在1.992~12.938之间。岛屿地理种群(DAD和HBD)的AR和预期杂合度(H_E)与大陆地理种群(MZ和SJ)的相比差异不显著。4个地理种群均显示高水平遗传分化(F_ST=0.15969);HBD和MZ种群与其他配对地理种群相比,遗传分化较高(F_ST=0.185),基因流较低,说明这两个种群基因流被限制。此外,遗传变异来自种群内个体之间。【结论】筛选新的微卫星位点能够为研究黑头酸臭蚁种群结构和繁殖结构提供有效工具,以深入了解其传播机制。     

健康与凋萎病杨梅树体及根围菌群的差异

凋萎病是制约杨梅产业发展的严重病害。为了有效防控凋萎病,本研究分析了杨梅健康和感染凋萎病树体各部位及根表土和根围土中细菌和真菌群落的丰富度与多样性的差异。结果表明: 与健康树相比,病树根围土、根表土、根、枝干、枝皮和叶片的细菌和真菌丰富度均发生了显著变化,其中,根表土细菌和枝皮内真菌的丰富度和多样性均显著降低,而枝皮内细菌和根表土的真菌丰富度和多样性均显著升高。病树各部位及根表、根围土细菌和真菌的优势菌相对丰度在门、纲和属水平上发生了明显的变化,在病树枝干、根和根表土中的假单胞菌属及根表土、根围土中的镰刀菌属的相对丰度明显降低,病树根表土及根围土中青霉菌属的相对丰度明显增加。与凋萎病菌同属的拟盘多毛孢菌在病树根内显著减少,而在其他位置均大量增殖,其相对丰度与多数相对丰度较高的真菌呈正相关。本研究结果将为开发杨梅凋萎病的生态改良、培育健康树体和生物防治技术提供有效的理论依据。     

定量稳定性同位素探针技术及其在微生物生态学研究中的应用

定量稳定性同位素探针技术(qSIP)是将生态系统中微生物分类性状与代谢功能联系起来的有效工具,能够定量测定特定环境中单个微生物类群暴露于同位素示踪剂后微生物代谢活动或生长速率。qSIP技术采用定量PCR与高通量测序技术并结合稳定同位素探针技术(SIP),通过向环境样品添加标记底物进行培养,提取微生物生物标记物,利用超高速等密度梯度离心将被同位素标记的重链核酸与未被标记的轻链核酸进行分离,并对所有组分微生物类群进行绝对定量和测序分析,基于GC含量和未标记处理DNA密度曲线量化参与吸收转化的DNA同位素丰度。本文重点阐述qSIP的技术原理、数据分析流程及其在微生物生态学研究中的应用进展,并对该技术存在的问题进行了分析和展望。     

DNA宏条形码技术在食草动物食性研究中的应用

随着测序技术的快速发展,整合DNA条形码和高通量测序的DNA宏条形码技术已经成为当前研究热点之一,在食草动物的食性鉴定中有很大潜力。放牧动物食性研究是动物营养学和草地生态学领域的重要研究内容。而与传统食性研究方法相比,宏条形码技术可通过对植物DNA条形码的高通量测序,获得样本中的物种组成进而分析动物食性。介绍了传统食性分析手段的局限,重点综述了DNA宏条形码技术的产生、操作原理以及在食草类动物食性鉴定领域中的应用,同时还简述了可能存在的挑战,并对该技术今后的发展方向进行了展望。     

东太平洋赤道海域茎柔鱼的营养生态位和肠道微生物组成

掌握海洋生物的营养生态位特征及其应对环境变化的响应机制,对于评估渔业和气候变化对海洋生态系统功能的影响至关重要。茎柔鱼(Dosidicus gigas)是东太平洋重要的渔业经济物种,在生态系统中具有承上启下的重要生态作用。在气候变化的大背景下,掌握茎柔鱼应对气候变化的响应过程将有利于合理把控其资源状况。本研究采用稳定同位素和高通量技术手段,分别从宏观和微观角度量化比较分析了正常时期和厄尔尼诺时期赤道海域的茎柔鱼营养生态位、肠道长度及肠道微生物组成。结果表明: 不同气候时期茎柔鱼的δ¹³C值存在显著差异,说明食物来源具有差异性;其肠道微生物主要由放线菌门、拟杆菌门、蓝细菌门、厚壁菌门、变形菌门和软壁菌门组成,不同时期微生物群落组成无显著差异,但多样性和相对丰度差异显著。在厄尔尼诺时期,茎柔鱼个体具有较小的营养生态位、较长的肠道、更高的肠道微生物群落多样性及丰富度;肠道微生物的差异主要体现在厚壁菌门、拟杆菌门、螺旋体门、WPS-2和Kiritimatiellaeota,样本距离更为集中。这表明由厄尔尼诺事件导致的栖息地环境及食物变化可能限制茎柔鱼的活动,改变其肠道微生物的结构和功能,有利于其适应环境及食性的变化。     

褐藻膳食纤维对机体代谢及其肠道菌群调节作用的研究进展

褐藻膳食纤维（海藻酸盐,Alg）是存在于海洋食用藻类中的一种酸性多糖,具有多种生物活性作用。研究表明,褐藻膳食纤维可有效地改善肠道菌群的组成结构,通过菌群代谢膳食纤维发酵产物调节宿主机体的代谢水平,从而改善肥胖、糖尿病等代谢相关性疾病。从作为食品添加剂的角度出发,对褐藻膳食纤维作用于人和动物模型体重、血糖、脂代谢以及肠道菌群的效果加以综述,并探讨其潜在机制,为海洋功能性产品的开发和应用提供科学依据。