宁南山区不同植被恢复方式下土壤线虫群落特征:形态学鉴定与高通量测序法比较

线虫是土壤食物网的重要组分, 也是土壤健康与生态系统恢复的重要指示生物, 因此准确测定线虫群落特征是发挥其生态指示作用的基础。传统线虫学研究多采用形态学鉴定方法, 但高通量测序技术近年来也逐渐受到重视。然而, 关于这两种方法的对比研究目前仍比较缺乏。本研究同时采用形态学鉴定和高通量测序法, 在黄土高原宁夏南部山区, 对不同植被恢复方式下(农田、自然恢复草地、柠条(Caragana korshinskii)人工林地和苜蓿人工草地)土壤线虫的数量、群落格局和生态指数进行了测定和比较。结果表明: (1)高通量测序仅能提供线虫类群的相对多度, 而形态学鉴定法能够测定土壤线虫的绝对多度, 后者测定结果表明3种植被恢复样地, 特别是自然恢复草地和柠条人工林地, 较农田具有更高的土壤线虫多度; (2)高通量测序法检获的线虫类群数(3纲4目26科42属)高于形态学鉴定法的测定结果(2纲3目18科27属), 但两种方法仅检获15个共有线虫属, 前者检测到的植物寄生线虫属数(22属)较后者(7属)显著增加, 而食细菌线虫和杂食-捕食线虫则相反; (3)在两种方法下, 相比农田, 3种植被恢复样地尤其是自然恢复草地和柠条人工林地, 其食微线虫的相对多度均显著下降, 而植物寄生线虫和杂食-捕食线虫的相对多度大幅上升, 这也导致线虫成熟度指数(MI)和植物寄生线虫指数(PPI)的提高及瓦斯乐卡指数(WI)的显著下降; (4)相比形态学鉴定法, 高通量测序法能检测到更丰富多样的植物寄生线虫, 在该方法下土壤线虫群落的组成、结构和生态指数在植被恢复样地与农田之间的差异也更为显著。综上所述, 采用形态学鉴定和高通量测序法测定的不同植被恢复方式下的线虫群落特征具有显著差异。     

高通量测序技术在肉类掺假检测中的应用进展

肉类掺假现象普遍存在,导致严重的公共卫生风险和侵犯宗教信仰行为.快速、有效、准确和可靠的检测技术是有效监管肉类掺假的关键手段.近年来,基于高通量测序的DNA宏条形码技术发展迅速,具有高通量、高精度和速度快等特点,并且可以实现复杂样品中多个物种的同时检测,因而在肉类及其制品的掺假检测方面具有明显的优势.文中介绍了近20年...     

基于高通量测序分析西藏北部高寒草甸不同深度土壤线虫群落分布特征

为了研究藏北高寒草甸土壤线虫多样性,于2017年8月,采用Illumina MiSeq测序技术,研究了西藏北部高寒草甸0—25 cm范围内不同深度土层的土壤线虫群落组成与结构特征。结果表明:5个不同深度共获得OTU 990个,隶属于3个纲,7个目,25个科,30个属,刺嘴纲Enoplea为共有优势土壤线虫群落;对样品进行Alpha多样性评价,计算Chao 1指数、Shannon指数和Ace指数,发现5—10 cm的土壤样品群落有较高的丰富度;属水平Heatmap图分析可知20—25、15—20、0—5、5—10、10—15 cm土壤线虫群落的组成相似性有一个递增的趋势。与不同深度藏北高山嵩草(盛长期)线虫群落结构相关性较大的土壤化学指标是K~+、含水率、有机质和Zn~(2+)。研究发现不同深度土壤线虫种类及丰度存在一定的差异,可为研究藏北高寒草地土壤线虫群落特点提供依据。     

Metabarcoding技术在真菌多样性研究中的应用

由于受到气候变化、土地利用变化及环境污染等诸多因素的干扰, 真菌多样性受到不容忽视的威胁, 亟需得到保护。构建物种数据库是实现真菌多样性研究和保护的重要前提。近年来兴起的DNA条形码及metabarcoding技术能够在很大程度上弥补传统鉴定方法的缺陷, 可对真菌物种进行大规模、准确、快速、高效地鉴定。本文梳理了metabarcoding技术在真菌物种多样性评估、真菌多样性影响机制和真菌古生态重建等研究中的应用, 同时强调了metabarcoding技术用于真菌多样性研究尚处于初期阶段, 在构建有效参照数据库、优化实验流程以及升级生物信息学工具等方面仍需要进一步的完善。建议加强真菌分类学家、生态学家以及计算机工具研发工程师之间的合作, 共同解决metabarcoding技术在真菌多样性研究及应用中面临的问题, 为宏观尺度上真菌多样性保护提供更加科学的依据。     

高通量测序技术在食品微生物研究中的应用

高通量测序技术的快速发展对食品微生物发酵过程和机制研究产生了深刻的影响,主要体现在食品微生物生理功能、代谢能力和进化的研究以及食品微生物群落结构、动态变化及其对环境的响应机制等方面。另外,通过对食品微生物基因组和元基因组进行数据分析,也对食品发酵过程优化、微生物功能改造、食源性微生物疾病预防和控制等提供了重要的依据。本文总结了近年来利用高通量测序技术对食品微生物基因组和元基因组进行测序的研究,并探讨了测序技术的发展对食品微生物研究的影响及发展趋势。     

DNA提取对微生物多样性测序分析的影响

运用高通量测序技术分析复杂样品中微生物种群的变化情况,已经成为目前微生物研究领域的热点问题之一。而微生物的样品准备,如DNA提取和16S可变区的扩增等,对于测序完成后的数据分析以及微生物原始群落组成的影响是至关重要的。采用国产试剂盒(天根土壤微生物基因组提取试剂盒)和进口试剂盒(MOBIO土壤微生物基因组提取试剂盒)分别对土壤样品和羊瘤胃食糜样品进行DNA提取。然后选取总DNA起始量为25ng,对16S V3可变区进行PCR扩增和文库构建,最后通过数据分析比较不同试剂盒提取的DNA对微生物多样性变化的影响,包括OTU数目、稀释曲线、微生物数量及物种种类等。研究发现,在相同DNA模板量和PCR条件下,进口试剂盒提取的DNA能够获得更多的微生物种类。     

基于高通量测序技术的不同年代公园绿地土壤细菌多样性

【背景】细菌多样性对绿地土壤生态功能有重要作用,但不同年代公园绿地土壤的细菌多样性尚未见相关报道。【目的】研究北京市不同年代公园绿地土壤细菌多样性和群落结构特征。【方法】利用IlluminaMiSeq测序技术,分别对北京市代表性古典公园和现代公园绿地土壤细菌群落多样性进行分析。【结果】北京市公园绿地土壤细菌群落共划分为45个已知的菌门,其中变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和放线菌门为优势细菌群。土壤细菌群落α多样性分析结果表明,古典公园和现代公园的土壤细菌多样性存在差异,表现为古典公园的丰富度和多样性都高于现代公园。此外,土壤细菌群落相似性分析和主坐标分析都表明古典公园和现代公园的土壤细菌群落结构存在显著差异。冗余分析表明,对土壤微生物群落结构产生显著影响的环境因子分别为土壤含水量、有机质和全氮,其它土壤环境因子无统计学意义。首次引入公园年代作为影响因子进行冗余分析的研究结果表明,公园年代为影响公园细菌群落多样性的重要因子。【结论】不同年代公园绿地土壤细菌群落结构和物种多样性具有显著差异,随着公园年代的增加,土壤肥力和微生物多样性增加,绿地生态系统更稳定,可通过制定不同的绿地管理措施改变公园绿地土壤环境,进而优化土壤细菌群落结构,促进土壤碳氮养分循环,提高土壤肥力。     

高通量测序技术及其在微生物学研究中的应用

20世纪70年代发明的核酸测序技术为基因组学及其相关学科的发展做出了巨大贡献,本世纪初发展的以Illumina公司的HiSeq 2000,ABI公司的SOLID,和Roche公司的454技术为代表的高通量测序技术又为基因组学的发展注入了新活力.本文在阐述这些技术的基础上,着重讨论了新一代测序技术在微生物领域中的应用.     

高通量测序技术分析新疆新源县过度放牧土壤细菌多样性

【目的】利用新疆伊犁州新源县过度放牧导致的退化草原土壤样品,揭示其细菌的菌群多样性。【方法】通过Illumina Hi Seq 2500测序技术,分析6个退化草原土壤细菌的菌群结构及多样性。【结果】细菌群落Chao1指数平均值为2 118.28,Shannon指数平均值为8.84。细菌群落主要属于Actinobacteria、Proteobacteria、Firmicutes、Gemmatimonadetes等35个门,Phingomonadaceae、Gemmatimonadaceae等220个科,Sphingomonas、Rubrobacter等329个属,在科属水平上未知菌类分别占31%和56.1%。固氮细菌共有9个属,自生固氮菌中Arthrobacter和Methylobacterium的丰度最高,而根瘤菌中Bradyrhizobium和Rhizobacter的丰度较高。【结论】虽然6个退化草原土壤样品中细菌类群具有丰富的多样性,但很多种类丰度特别低,可能正趋向灭绝。     

高通量测序技术在细菌耐药中的应用

细菌耐药已成为威胁全球人类公共健康的重要因素之一,快速、准确明确细菌耐药的特性、机制及传播特征对疾病治疗及控制耐药菌的传播具有重要意义。高通量测序技术可以同时平行检测多个基因序列的状态,已广泛应用于细菌耐药检测。目前高通量测序技术在细菌耐药领域的应用主要有:全基因组测序技术、目标区域测序技术和宏基因组测序技术。所采用的测序平台主要为Illumina、Ion Torrent、BGI等二代测序和Pacific Biosciences、Oxford Nonopore 等三代测序平台。通过细菌耐药基因预测细菌耐药表型的准确性在很大程度上依赖于成熟的专业耐药基因数据库,各种通用型、特异型及隐马尔可夫模型耐药基因数据库的建立和完善,为高通量测序技术在细菌耐药领域的应用提供了坚实的基础。本文简要介绍了高通量测序技术、数据分析方法及相应测序平台在细菌耐药领域中的应用进展,并同时介绍了细菌耐药数据库的现状。     

Reproducibility of read numbers in high-throughput sequencing analysis of nematode community composition and structure

Although nematodes are the most abundant metazoan animals on Earth, their diversity is largely unknown. To overcome limitations of traditional approaches (labour, time, and cost) for assessing biodiversity of nematode species in environmental samples, we have previously examined the suitability of high-throughput sequencing for assessing species level diversity with a set of control experiments employing a mixture of nematodes of known number and with known sequences for target diagnostic loci. Those initial experiments clearly demonstrated the suitability of the approach for identification of nematode taxa but lacked the replicate experiments necessary to evaluate reproducibility of the approach. Here, we analyze reads generated from three different PCR amplifications and three different sequencing reactions to examine the differential PCR amplification, the possibility of emulsion PCR artefacts, and differences between sequencing reactions. Our results suggest that both qualitative and quantitative data are consistent and highly reproducible. Variation associated with in-house PCR amplification or emPCR and sequencing are present but the representation of each nematode is very consistent from experiment to experiment and supports the use of read counts to estimate relative abundance of taxa in a metagenetic sample.     

基于高通量测序技术分析使它隆对玉米土壤细菌多样性的影响

【目的】研究使它隆对玉米土壤细菌多样性的影响。【方法】利用Illumina Miseq高通量测序技术,分别测定了玉米土壤细菌的16S rRNA基因的V4-V5可变区序列,进而对不同时期的不喷施除草剂和喷施除草剂的玉米土壤中细菌群落组成和多样性进行分析。【结果】研究共获得260940条有效序列,167191条优质序列,12656个OTUs。多样性分析结果表明,使它隆处理10 d后的土壤细菌多样性和丰度降低;使它隆处理60 d后的土壤细菌多样性和丰度提高。对土壤细菌群落组成分析发现,5个土壤样品中的优势菌门均为酸酐菌门、变形菌门、放线菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门。使它隆处理10 d后的样品酸杆菌门的比例增加,放线菌门和绿弯菌门的比例降低;使它隆处理60 d后样品变形菌门的比例降低,绿弯菌门的比例明显增加。【结论】使它隆对玉米土壤细菌多样性产生一定影响,其影响随施药时间而异。     

高通量测序分析冻融期碳源输入方式对土壤线虫群落的影响

植物碳源输入途径变化对土壤生物群落的影响研究是目前学术界关注的热点问题。为探究温带森林生态系统碳源输入方式对土壤线虫群落的影响,通过Illumina MiSeq技术分析了不同碳源输入方式下土壤线虫群落组成和多样性的变化。研究结果显示:所有处理(凋落物和根系同时输入;仅根系输入;仅凋落物输入;无碳源输入)中共发现土壤线虫68属,其中食细菌线虫的相对丰度最大;各碳源输入方式中仅凋落物输入处理对线虫群落组成的影响最为明显,表现为:与凋落物和根系同时输入处理相比,仅凋落物输入处理中食细菌线虫的相对丰度明显增加,食真菌线虫的相对丰度显著降低以及捕食杂食线虫的相对丰度显著增加。从线虫群落的多样性指数角度看,无碳源输入处理中土壤线虫群落的多样性指数(H'')下降,优势度指数(Dom)增高;仅凋落物输入处理中均匀度指数(J)最高。从线虫群落的生态指数角度看,仅凋落物输入处理的线虫群落成熟度指数(MI)最高;各碳源输入处理的分解过程均以细菌分解通道为主。研究表明,土壤线虫群落受到碳源输入变化的调节,仅凋落物输入处理比仅根系输入处理对土壤线虫群落的影响更大。无碳源输入处理的物种多样性明显下降,仅凋落物输入处理的土壤食物网更加稳定。研究结果丰富了森林土壤线虫多样性的研究内容,并为高通量测序技术在土壤线虫方面的研究提供方法和数据的支持。     

Evaluating high-throughput sequencing as a method for metagenomic analysis of nematode diversity

Nematodes play an important role in ecosystem processes, yet the relevance of nematode species diversity to ecology is unknown. Because nematode identification of all individuals at the species level using standard techniques is difficult and time-consuming, nematode communities are not resolved down to the species level, leaving ecological analysis ambiguous. We assessed the suitability of massively parallel sequencing for analysis of nematode diversity from metagenomic samples. We set up four artificial metagenomic samples involving 41 diverse reference nematodes in known abundances. Two samples came from pooling polymerase chain reaction products amplified from single nematode species. Two additional metagenomic samples consisted of amplified products of DNA extracted from pooled nematode species. Amplified products involved two rapidly evolving ~400-bp sections coding for the small and large subunit of rRNA. The total number of reads ranged from 4159 to 14771 per metagenomic sample. Of these, 82% were > 199 bp in length. Among the reads > 199 bp, 86% matched the referenced species with less than three nucleotide differences from a reference sequence. Although neither rDNA section recovered all nematode species, the use of both loci improved the detection level of nematode species from 90 to 97%. Overall, results support the suitability of massively parallel sequencing for identification of nematodes. In contrast, the frequency of reads representing individual species did not correlate with the number of individuals in the metagenomic samples, suggesting that further methodological work is necessary before it will be justified for inferring the relative abundances of species within a nematode community.     

基于高通量测序的黄河三角洲4种人工林土壤细菌结构及多样性研究

为研究黄河三角洲不同人工林土壤细菌群落特征,应用高通量测序技术,比较分析了刺槐、榆树、白蜡、臭椿4种人工林土壤细菌结构及多样性,并结合土壤理化性质进行相关性分析。结果表明:人工林土壤中共有31门细菌;4种人工林土壤中酸杆菌门、变形菌门、放线菌门细菌以及刺槐、臭椿人工林土壤中硝化螺旋菌门细菌是土壤中的优势群落。不同人工林土壤中酸杆菌门、变形菌门、硝化螺旋菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门、广古菌门、泉古菌门、蓝藻菌门细菌丰度差异显著。刺槐人工林土壤细菌多样性最高;白蜡人工林土壤细菌多样性最低。土壤pH、含水量、有机质含量与酸杆菌门细菌丰度呈显著负相关关系,土壤pH与变形菌门、硝化螺旋菌门、芽单胞菌门细菌丰度呈极显著正相关关系;土壤pH、有效磷含量与人工林细菌多样性呈显著正相关关系。以上研究结果表明,黄河三角洲不同人工林土壤细菌群落存在一定差异,土壤pH、含水量、有机质、有效磷含量是影响土壤细菌结构和多样性的主要土壤因素。     

公路源重金属对青藏高原高寒草甸土壤线虫群落的影响

为了解重金属对青藏高原高寒草甸土壤线虫群落的影响,在邦杰塘草原利用公路源重金属含量差异,采用高通量测序技术,分析重金属对高寒草甸土壤线虫群落多样性及群落组成的影响。结果表明：在重金属含量较低样本中,土壤线虫群落Shannon指数、Ace指数、Chao指数比重金属含量较高样本均要小,且整体上Shannon指数、Ace指数、Chao指数与重金属含量较高样本差异显著（P<0.05）。重金属含量升高改变了高寒草甸土壤线虫纲水平和目水平的群落结构,使近自然状况下的色矛纲（Chromadorea）、小杆目（Rhabdtida）优势土壤线虫群落转变为一类未分类线虫纲（unclassified_p_Nematoda）、一类未分类线虫目（unclassified_p_Nematoda）的优势土壤线虫群落。重金属Cu、Pb、Zn、Cd与线虫门（Nematoda）和刺嘴纲（Enoplea）正相关,但与色矛纲（Chromadorea）负相关,且对土壤线虫Chao指数的变异解释比例依次减小。研究表明土壤重金属含量对青藏高原高寒草甸土壤线虫群落多样性及组成产生很大影响,但仍需对高寒草甸区域进行系统的土壤线虫调查,并丰富土壤线虫生物信息数据库。     

高通量测序分析云南腾冲热海热泉微生物多样性

【背景】云南腾冲热海热泉中蕴含着丰富的极端微生物资源。【目的】揭示云南腾冲热海热泉中微生物物种多样性及群落结构差异,发掘酸性热泉中铁、硫氧化功能微生物。【方法】采用Illumina HiSeq高通量测序技术对3处热泉15个水体样品中微生物16SrRNA基因V4-V5区进行测序及生物信息学分析。【结果】3处热泉中共获得578061条有效序列,聚类为141个可操作分类单元(Operational taxonomic unit,OTU),包括19个门66个属。鼓鸣泉(GMQ)、蛤蟆嘴(HMZ)、黄瓜箐(HGQ)3处热泉均以泉古菌门(Crenarchaeota)和厚壁菌门(Firmicute)为主。从属水平分析,碱性热泉鼓鸣泉(GMQ)和中性热泉蛤蟆嘴(HMZ)分别注释到37、32个属,优势属均为芽孢杆菌属(Bacillus)和热棒菌属(Pyrobaculum)。酸性热泉黄瓜箐(HGQ)共注释到20个属,优势属为酸杆菌属(Acidibacillus)和酸硫杆状菌属(Acidithiobacillus),此外,具有铁、硫氧化潜力的菌属有喜酸菌属(Acidicaldus)、硫化芽孢杆菌属(Sulfobacillus)、硫化叶菌属(Sulfolobus)及生金球菌属(Metallosphaera)等,进一步通过硫氧化培养基分离获得了这些菌属中的纯菌株。【结论】云南腾冲热海热泉水体中蕴含丰富的微生物资源,热泉间微生物物种组成差异明显;酸性热泉中存在多种具有潜在铁、硫代谢功能的菌种;未分类类群、非培养类群丰度很高,尤其是蕴藏着可观的古菌资源。