宏基因组学技术在反刍动物瘤胃微生态系统上的应用研究进展

微生物在自然界中广泛存在,除土壤和水中的微生物最多外,其次在农业畜牧业中反刍动物的瘤胃微生态系统中的微生物中所占比例最多。反刍动物瘤胃微生物由于种类繁多,数量巨大,微生物区系之间关系非常复杂,它们之间寄生共生,共同影响宿主的生长发育和机体代谢,所以是反刍动物营养学研究的热点之一。随着分子生物学技术的发展,宏基因组学技术帮助我们揭开了瘤胃微生物群落的真实面貌,有助于挖掘瘤胃微生物基因库并筛选其中的功能基因,使人们对反刍动物瘤胃微生物群落的研究更加方便、透彻。本文综述了近些年应用宏基因组学技术在反刍动物瘤胃微生态群落系统的应用,旨在对瘤胃微生物功能特征进行更深入的研究,为畜牧科学生产及微生物发酵等相关领域的研究提供科学指导。     

2016年动物胃肠道微生物组研究十大亮点成果

动物胃肠道微生物对生产性能提高具有重要的作用,因此营养、微生物组与生产表型的互作研究已经成为国际研究热点。综述了2016年动物胃肠道微生物组学研究取得的十项重要成果,这些成果通过组学方法,研究了瘤胃纤维分解菌和尿素分解菌的功能基因多样性,揭示了微生物群落与日粮营养素、宿主基因型、环境的互作关系,阐明了反刍动物生产表型相关的瘤胃微生物种类和功能;首次构建猪肠道微生物组参考基因集,解析猪全肠道黏膜微生物组成,阐明了猪增重相关肠道微生物种类。这十大亮点成果将为国内动物营养学家开展动物胃肠道微生物组学研究提供参考。     

动物胃肠道微生物元基因组学研究进展

动物胃肠道中寄居着庞大复杂的微生物,它们对宿主营养、健康和生产有着重要的作用.随着分子生物学的发展,未培养微生物的研究越来越被重视,宏基因组学方法研究胃肠道微生物不仅能了解未培养微生物多样性,还能获得微生物的遗传、代谢和生理等方面的信息.探讨了元基因组文库的构建和分析方法,并重点介绍了元基因组学在动物胃肠道尤其是反刍动物瘤胃微生物研究中的应用.     

农业土壤微生物基因与群落多样性研究进展

介绍了群落基因组多样性、结构多样性与功能多样性相互关系的研究方法 ,重点论述了近年来农业土壤微生物群落遗传、结构与功能多样性的研究进展。同时总结了耕作措施和养分管理对农业土壤微生物群落多样性的影响 ,提出微生物序列分析、比较基因组学和微生物芯片技术与传统研究技术结合将有助于对微生物群落结构与功能和生物与环境因素对土壤微生物群落影响的深刻理解     

宏基因组学在人和动物胃肠道微生物研究中的应用进展

人和动物胃肠道存在大量微生物群落,这些微生物是与宿主长期共同进化的结果,并且同宿主的健康和疾病密切相关,因此胃肠道微生物研究已成为当今的热点研究领域。宏基因组学技术在这一领域的应用,使我们不仅能够对胃肠道微生物群落结构及多样性进行分析,还能进一步深入了解其代谢功能,开发和利用潜在的微生物及其基因资源。文中结合我们的研究工作,综述了宏基因组学在人和动物胃肠道微生物研究中的应用,同时着重介绍宏基因组研究的生物信息学技术。     

胃肠道微生物及其分子生态学技术研究进展

由于与人类健康和疾病密切相关,胃肠道微生物研究已成为当今的热点研究领域。目前研究的分子手段已经从单纯的分析微生物群落结构组成,发展到通过宏转录组学、宏蛋白组学和代谢组学等"组学"技术揭示胃肠道微生物群落的相应功能。本文结合我们的研究工作,综述了国内外胃肠道微生物及其分子生态学技术的研究进展。     

基于16S rRNA基因测序分析微生物群落多样性

微生物群落多样性的研究对于挖掘微生物资源,探索微生物群落功能,阐明微生物群落与生境间的关系具有重要意义。随着宏基因组概念的提出以及测序技术的快速发展,16S rRNA基因测序在微生物群落多样性的研究中已被广泛应用。文中系统地介绍了16S rRNA基因测序分析流程中的四个重要环节,包括测序平台与扩增区的选择、测序数据预处理以及多样性分析方法,就其面临的问题与挑战进行了探讨并对未来的研究方向进行了展望,以期为微生物群落多样性相关研究提供参考。     

土壤微生物群落多样性解析法:从培养到非培养

土壤微生物群落多样性是土壤微生物生态学和环境科学的重点研究内容之一.传统的土壤微生物群落多样性解析技术是指纯培养分离法(平板分离和形态分析法以及群落水平生理学指纹法).后来,研究者们建立了多样性评价较为客观的生物标记法(磷脂脂肪酸法和呼吸醌指纹法).随着土壤基因组提取技术和基因片段扩增(PCR)技术的发展,大量的现代分子生物学技术不断地涌现并极大地推动了土壤微生物群落多样性的研究进程.这些技术主要包括:G+C％含量、DNA复性动力学、核酸杂交法(FISH和DNA芯片技术)、土壤宏基因组学以及DNA指纹图谱技术等.综述了这些技术的基本原理、比较了各种技术的优缺点并且介绍了他们在土壤微生物群落多样性研究中的应用,展望了这些技术的发展方向.     

转基因水稻对土壤微生物群落结构及功能的影响

以非转基因水稻为对照,以变性梯度凝胶电泳(DGGE)和Biolog技术为手段,研究了2种转基因水稻对土壤微生物群落结构及功能的影响。结果显示:转基因水稻仅在生长发育旺盛期对土壤细菌数量有显著影响;且不同品种转基因水稻土壤微生物间的遗传距离大于转基因水稻与对照间土壤微生物的距离,即2个转基因水稻品种对土壤微生物群落遗传多样性的影响均不显著;在水稻抽穗期,2种转基因水稻与其对照的土壤微生物群落在72h时的平均光密度呈现显著差异,而到了成熟期则差异不显著。土壤微生物群落多样性指数和均匀度指数也表现出类似趋势。本试验证明,在水稻生长发育旺盛时期,Mclntosh指数(u)是一个有效区分转基因水稻和非转基因水稻土壤微生物群落多样性的指标。     

五大连池新期火山熔岩台地不同植被类型土壤微生物群落的功能多样性

土壤微生物群落是陆地生态系统的重要生物活性成分,其结构和功能多样性直接影响到系统的碳、氮等生态过程,微生物群落功能多样性与地上植被类型变化密切相关,开展植被类型对土壤微生物群落功能多样性的影响研究具有重要意义。以五大连池新期火山熔岩台地苔藓、草本、灌丛、矮曲林、针阔混交林5种典型植被类型为对象,利用BIOLOG微孔板法研究不同演替阶段植被类型土壤微生物群落功能多样性特征。结果表明：不同植被类型土壤微生物群落功能多样性存在显著差异。平均颜色变化率（AWCD）随培养时间延长而逐渐增加,大小顺序为：苔藓 > 针阔混交林 > 矮曲林 > 草本 > 灌丛。灌丛土壤微生物多样性指数与其他植被类型间差异显著。主成分分析结果表明,主成分1和主成分2分别能解释变量方差的56.24%和29.59%,不同植被类型下土壤微生物的碳源利用格局差异主要是由氨基酸类和带磷基糖类引起,二者合计解释总变异量的47.51%。冗余分析表明,速效磷、铵态氮、C：N和pH对微生物功能多样性具有显著的影响,羧酸类、氨基酸类、酯类和胺类的降解更易受到环境因素的影响。研究结果为进一步探讨植被类型与土壤微生物之间在植被演替过程中的关系提供参考。     

人体肠道微生物多样性和功能研究进展

人体肠道中庞大而复杂的微生物群落对人体自身代谢表型有深远的影响.肠道微生物群落在亚种或菌株水平上表现出极大的多样性.利用微生物分子生态学、元基因组学和代谢组学研究方法,发现肠道微生物与宿主表现出共进化的特点,肠道微生物群落及其基因组为宿主提供了互补的遗传和代谢功能,表现出互惠共生关系.但是,肠道微生物群落中影响宿主代谢表型的关键功能菌鉴定及其作用模式问题仍然悬而未决,综合运用多种高通量研究方法和多维数据分析方法可能成为解决这个问题的突破口.     

生物造粒流化床污水处理反应器的微生物多样性

为了研究生物造粒流化床污水处理反应器颗粒污泥的微生物种群多样性,分别从生物造粒流化床10、60和110cm处取颗粒污泥,通过细胞裂解直接提取颗粒污泥细菌基因组DNA,PCR扩增后经变性梯度凝胶电泳(DGGE)分离,获得微生物群落的DNA特征指纹图谱,对特征条带进行序列测定及序列同源性分析。16S rRNA序列分析表明,获得的18个OTUs均属于细菌域,其中61%属于变形菌,17%属于放线菌,11%属于低G C革兰氏阳性菌,11%属于其它未知细菌。     

昆明盐矿古老岩盐沉积中的原核生物多样性

应用PCR-DGGE和rRNA分析法研究了昆明盐矿古老岩盐沉积中的原核生物多样性。样品的细菌DGGE分析得到27条带,古菌得到18条带。样品与纯培养得到的19个属菌株的DGGE图谱对比分析发现,细菌18个属菌株,只有1个属菌株与样品中的1条带迁移位置都不一致;古菌1个属的菌株不与样品中任何条带迁移位置一致。表明纯培养所得菌株并非该环境中的优势类群。同时,建立了样品细菌和古菌的16S rDNA克隆文库,从中分别挑取36个细菌克隆和20个古菌克隆进行ARDRA分析。细菌可分为10个OTUs,其中3个OTUs是优势类群,分别占38.9%,25.0%,16.7%,其余7个OTUs各含有1个克隆。古菌分为8个OTUs,没有明显的优势类群。每个OTU的代表克隆16S rDNA序列分析表明,细菌分属3大类群:α-Proteobacteria,γ-Proteobacteria和Actinobacteria,以Pseudomonas属菌为优势,含有其它岩盐沉积中没有发现的Actinobacteria。古菌主要是Halorubrum属、Haloterrigena属菌和未培养古菌。本研究表明,昆明盐矿古老岩盐沉积具有较丰富的原核生物多样性,含有大量未知的、未培养或不可培养的原核生物,但在原核生物物种组成和丰度上,免培养与此前的纯培养研究结果存在一定差异。因此,结合使用两类方法才能较全面地认识高盐极端环境微生物的多样性。     

基于16S rDNA序列的柑桔木虱体内共生菌多样性研究

昆虫消化道内是一个复杂的微生态系统,有大量的微生物存在.这些微生物对寄主发育、营养吸收和防御方面都起着重要的作用.本文利用基于16S rRNA基因的PCR-RFLP指纹图谱法和变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)的方法对柑桔黄龙病虫-媒柑桔木虱Di...     

云冈石窟石质文物表面及周边岩石样品中微生物群落分析

【目的】通过对云冈石窟石质文物表面及云冈石窟周边岩石样品中微生物的研究,建立可用于快速检测石质文物中微生物的方法。【方法】选取云冈石窟石质样品和云冈石窟周边岩石样品作为研究对象,应用PCR-DGGE技术对样品中的微生物群落结构进行了分析研究。【结果】根据系统发育树聚类分析,可以得出云冈石窟中检测出的微生物主要分为四大类群:γ-变形菌纲、鞘脂杆菌门、α-变形菌纲和放线菌纲;根据GenBank数据库中的序列比对结果,可以知道云冈石窟周边类似岩石样品中的微生物主要属于γ-变形菌纲、厚壁菌门和α-变形菌纲等。【结论】本实验成功检测出云冈石窟石质样品表面及云冈石窟周边岩石样品中的微生物类群,为云冈石窟的保护工作提供了有力依据,同时也证明了DEEG和分子克隆技术相结合的方法是检测石质文物中微生物群落结构的一种可操作性强、快速、准确的检测手段。     

Bacterial and eukaryote microbiomes of mosquito habitats in dengue-endemic southern Taiwan

Mosquitoes interact with the microbiome of the waters where they oviposit in several ways. Past work suggests adult mosquitoes can detect certain microbes that stimulate oviposition. The presence or absence of certain microbes in water containers thus can attract or repel mosquito species to different containers. I hypothesized that these relationships could be detected via metagenomics. I focused on two container breeders that coexist in Southern Taiwan: the dengue vector Aedes aegypti and the less competent vector Ae. albopictus. In addition to culturing, I performed 16S and 18S rDNA metagenomics assays, the latter of which had never been applied to mosquito waters before, to identify the microbial diversity of artificial containers with and without mosquito larvae. I found no correlation between mosquito presence to any features of the containers or to their microbiomes, which instead correlated strongly with location. Microbial diversity across containers was highly variable, even within the same location, with multiple taxa only found in single containers. This variability is reasonable, because mosquito gut microbiomes are also extremely variable. The possibility remains that microbes in natural containers differ significantly from those in artificial containers, and that these differences drive Aedes preferences for human-associated containers. Broad, single-microbe experimental work is recommended to identify possible attractant or repellent microbial taxa.     

有机污染物对水体真细菌群落结构的影响

为了揭示有机污染物对环境真细菌组成和多样性的影响,应用末端限制性片段长度多态性(tRFLP)和16S rDNA文库技术并结合水质分析方法,比较分析了松花江流域内受不同程度有机污染的4个水体及其沉积物中真细菌的群落结构。tRFLP分析表明各水体及底泥均呈现较为复杂的群落结构模式,不同底泥群落形成的末端限制性片段(TRF)图谱具有很高的相似性,但随着污染程度的加强,部分类群明显富集,而且在水样组和泥样组内,群落结构的相似性同水质相似性是一致的,主成分分析(PCA)显示水样和泥样中的真细菌TRF形成不同的群。16SrDNA文库分析表明松花江哈尔滨段底泥中真细菌分布于10个门,Proteobacteria门占优势,达群落总数的21.92%(β-Proteobacteria亚门占10.96%),而有机染污物严重超标的生活污水排污道底泥中的微生物多样性较低,分布于7个门,Proteobacteria门为优势群,占群落的47.37%(α-Proteobacteria亚门占21.05%,δ/ε-Proteobacteria亚门占15.79%)。该研究表明向水体中长期排放高浓度有机物能使系统中微生物群落多样性降低,与污染物降解相关的功能微生物类群明显富集。     

口虾蛄肠道细菌种群多样性的分子分析

目的探讨口虾蛄肠道细菌种群的多样性。方法通过不依赖于分离培养的分子生物学分析方法,以直接提取虾蛄肠道细菌的总DNA为模板经过PCR扩增16S DNA,然后经与T载体连接建立质粒文库。用限制性内切酶(BsuRⅠ和Hin6Ⅰ)对阳性克隆的PCR扩增产物进行限制性酶切片段长度多态性(RFLP)分析,选取有代表性的克隆进行测序。结果16S DNA序列通过CLUSTALX进行多序列比对及NCBI数据库中的BLAST分析后发现口虾蛄肠道细菌主要分成4类:未培养细菌,未培养支原体科细菌,未培养δ变形菌和马特斯支原体。结论口虾蛄肠道细菌种类较为简单,且多为未培养的细菌。     

太湖地区典型菜地土壤微生物16S rDNA的PCR-RFLP分析

土壤微生物多样性是土壤生态功能的基础,但长期以来缺乏对高强度土地利用条件下的土壤微生物多样性的认识.作者采用间接法提取了江苏省太湖地区典型菜地土壤微生物的总DNA,以细菌的通用引物27F和1492R扩增16S rDNA片段,将扩增产物与T-载体酶连,转化大肠杆菌,建立土壤微生物16S rDNA克隆文库.PCR扩增基因文库中插入的16S rDNA外源片段,用两种限制性内切酶Hha I和Rsa I分别酶切,获得该土壤173个克隆的酶切指纹图谱.结果表明,Hha I和Rsa I联合酶切产生了63个基因分型,文库的覆盖度达76.30%,单一酶切产生的基因分型少,但文库的覆盖度高;克隆文库中存在两种优势类群,分别占总克隆的16%和12%.16S rDNA测序结果表明,太湖地区菜地土壤细菌在分类方面主要属于α-和γ-变形杆菌亚门.以上结果为进一步研究太湖地区菜地土壤微生物生态功能提供了基础资料.     

西北黄土高原柠条种植区土壤微生物多样性分析

柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)是我国黄土高原区重要的饲用豆科灌木植物。为揭示土壤微生物与柠条种植之间的关系,采用未培养技术提取样品宏基因组DNA,分别构建柠条根表、根际和自然土16SrDNA文库,分析各文库微生物群落的变化。结果显示,随距离柠条根部渐远,微生物数量呈现递减趋势。聚类分析发现,变形杆菌纲是根表土壤区系中的优势微生物种群(70.3%),尤其存在大量α-Proteobacteria类的能诱使植物形成根瘤的根瘤菌和对植物有促生作用的γ-Proteobacteria类微生物;而在根际和自然土中,酸杆菌属(Acidobacteria)和古菌(Archaea)数量较多。柠条根际的多样性指数最高,而根表和自然土微生物类群具有较高的优势度,表现出从根表、根际植物相关微生物到自然土单一简单微生物类群的过渡。说明植物根系和土壤环境与微生物类群具有相互选择性。