高通量测序分析小头裸裂尻鱼皮肤和肠道的微生物多样性

【目的】解析小头裸裂尻鱼不同部位的微生物群落结构、物种组成、多样性特征以及菌群功能差异。【方法】通过Illumina MiSeq扩增子高通量测序,分析小头裸裂尻鱼皮肤黏膜、肠道黏膜和肠道内容物3个部位微生物菌群组成差异,并通过Tax4Fun预测菌群潜在功能。【结果】皮肤黏膜微生物α多样性最高,其Shannon指数显著高于肠道黏膜(P<0.05)和肠道内容物(P<0.001)。主坐标分析表明,皮肤黏膜微生物显著区别于其他2个部位。在门水平小头裸裂尻鱼3个部位相对丰度前五的微生物类群均为放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)和蓝藻门(Cyanobacteria),其中肠道内容物中放线菌门相对丰度(46.53%)显著高于肠道黏膜(29.23%,P<0.05)和皮肤黏膜(25.83%,P<0.01);肠道黏膜中变形菌门的相对丰度(40.33%)显著高于肠道内容物(26.10%,P<0.05)。对各部位相对丰度前10的菌群进行分析发现,小头裸裂尻鱼皮肤黏...     

温州市境内城市河流底泥氨氧化菌富集培养物微生物群落结构分析

【背景】城市河流底泥含有丰富的微生物资源,底泥表面更是硝化作用的主要位点之一,其表面微生物在河流生态系统氮的转化过程中发挥着重要作用。【目的】以温州市境内的城市河流水系温瑞塘河茶山段舜岙河和横江河的4条河道作为采样点,比较分析4种不同环境下城市河流表层底泥氨氧化菌富集培养物的微生物群落结构。【方法】通过野外采样及室内培养对底泥中氨氧化功能菌进行富集培养,采用高通量测序技术分析微生物群落的组成、丰度和多样性。【结果】富集培养后主要优势类群为变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。4个样品共涉及氨氧化细菌3个属,分别为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、亚硝化螺菌属(Nitrosospira)、亚硝化球菌属(Nitrosococcus),涉及氨氧化古菌1个属为Nitrososphaera,其中所有样品均以Nitrosomonas为主。不同底泥富集样品氨氧化微生物可操作分类单元(Operational taxonomic unit,OTU)组成存在明显差异,栽种有水生植物的河道底泥样品DA2具有最高的氨氧化细菌OTU数量和相对丰度,而存在生活餐饮污染的河道底泥样品DA4具有最高的氨氧化古菌OTU数量和相对丰度;相较于滞留水体,采自相对流动水体的富集样品DA2、DA4具有更高的氨氧化微生物OTU数量和相对丰度。【结论】阐述了4种不同环境下城市河流底泥氨氧化菌富集培养物微生物群落结构的多样性,确定了富集培养之后的优势类群,为氨氧化微生物培养源的选择提供了参考,也为城市河流底泥中氨氧化菌进一步的筛选分离及其生理生态特征的研究提供了科学依据。     

不同品种苹果树内生细菌群落多样性及功能

【背景】目前苹果树内生细菌的研究较多,但对不同品种苹果树内生细菌群落多样性分析比较的相关报道还较少。【目的】通过分析比较新疆本地和吉尔吉斯斯坦引进的8个不同品种苹果树内生细菌群落多样性的差异,可以充分挖掘其蕴含的丰富微生物资源。【方法】采用MiSeq高通量测序技术分别测定不同品种苹果树内生细菌群落16S rRNA基因V3-V4区序列并进行生物信息学分析。【结果】不同品种苹果树中获得的V3-V4区有效序列数在61487-71583条之间,聚成24-92个操作分类单元(operationaltaxonomicunit,OTU),Shannon指数和Simpson指数分别在0.729-1.177和0.265-0.457之间,新疆本地品种的苹果树内生细菌种类和多样性高于吉尔吉斯斯坦品种。内生细菌种群分析结果表明,变形菌门和放线菌门的OTU总计分别覆盖了不同品种苹果树内生细菌的61.16%-97.08%,为苹果树的主要优势细菌门。优势细菌属数目、组成及其丰度随苹果品种的不同而有所差异。马赛菌属(Massilia)和节杆菌属(Arthrobacter)的总丰度最高,其丰度分别在6.06%-71.3...     

滴灌对苜蓿根际土壤细菌多样性和群落结构的影响

【背景】细菌作为土壤微生物中的重要类群,能够有效促进土壤物质循环和能量流动,细菌多样性以及群落结构能够反映土壤的质量状况。【目的】了解滴灌条件下苜蓿根际土壤细菌群落结构及多样性变化,探讨土壤环境因子对细菌群落结构的影响。【方法】基于细菌16Sr RNAV3-V4区高通量测序技术,分析比较滴灌与自然降雨两种模式下生长的苜蓿根际与非根际土壤中细菌多样性和群落分布规律,然后采用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)探讨土壤环境因子与细菌多样性的关系。【结果】苜蓿根际土壤中细菌多样性丰富,滴灌根际土壤中细菌多样性显著高于自然降雨根际土壤;土壤样品中共检测到细菌46门53纲116目220科469属,主要的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria,25.27%-34.42%),其中α-变形菌纲(Alphaproteobacteria,11.41%-18.97%)为优势亚群,鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas,1.00%-4.54%)为优势属。相较于自然降雨,滴灌条件下苜蓿根际土壤细菌的6个门和16个属的群落结构发生显著变化;此外,RDA分析表明,不同环境因子对微生物群落的影响不同,滴灌根际土壤中9个细菌属的丰度与全磷、全钾、有效磷、碱解氮、有机质、土壤中性磷酸酶以及土壤脲酶的含量显著正相关。【结论】滴灌作为新型节水技术,在促进植物生长、提高产量、节约成本的基础上增加了植物根际土壤中细菌多样性和丰度,该结果为新型灌溉体制的改革以及土壤微生物资源的开发利用提供科学数据。     

河套平原不同深度高砷地下水硫酸盐还原菌群落分布特征及环境意义

【目的】探究不同深度的高砷含水层中硫酸盐还原菌的丰度、群落组成和多样性的差异,并结合硫酸盐硫同位素等多种水化参数,揭示不同深度高砷地下水中硫酸盐还原菌群落分布特征及其环境意义。【方法】以我国典型高砷地下水分布区河套平原为研究区,采集不同深度含水层中的高砷地下水样品,测定水化参数,采用qPCR对样品16S rRNA基因和dsrB基因进行定量;通过dsrB基因高通量测序对硫酸盐还原菌群落进行分析,并将dsrB基因相对丰度、群落组成及多样性与水化因子结合,进行统计学分析。【结果】基于dsrB基因的定量结果表明,浅层地下水中dsrB基因相对丰度高于深层地下水。浅层地下水中,dsrB基因相对丰度与CH₄浓度呈显著正相关,且δ³⁴S-SO₄^2–与CH₄浓度显著正相关。而深层高砷地下水中,dsrB基因相对丰度与SO₄^2–浓度、DOC浓度存在显著正相关性。高通量测序结果表明,深层地下水中硫酸盐还原菌的α多样性显著高于浅层地下水。研究区内硫酸盐还原菌可...     

大兴安岭典型永久冻土土壤细菌群落组成和多样性

【背景】土壤微生物是土壤生物中的重要成分,参与了土壤生态系统中关键的生物化学循环过程。但是关于寒温带多年冻土土壤微生物的研究还比较薄弱。【目的】探究大兴安岭多年冻土土壤中微生物的多样性和种群结构。【方法】利用MiSeq高通量测序技术对黑龙江大兴安岭地区呼中保护区落叶松冻土和樟子松林冻土土壤样品进行测序。【结果】在落叶松冻土和樟子松林冻土土壤中,相对丰度最高的优势菌群的组成基本一致,在门水平有疣微菌门(Verrucomicrobia)、变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、绿菌门(Chlorobi)、Parcubacteria、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)10个细菌门类,其中,疣微菌门(Verrucomicrobia)在樟子松林土壤中的相对丰度较多,变形菌门(Proteobacteria)在落叶松林土壤中的相对丰度较多。通过α多样性分析可知,落叶松冻土土壤微生物的群落多样性高于樟子松林冻土,而且两者的细菌群落组成与结构差异性较大。【结论】为深入认识大兴安岭多年冻土区的土壤微生物群落结构组成以及影响因素提供数据支撑。     

大叶藻(Zostera marina)海草床沉积物细菌和古菌丰度及组成的垂直剖面特征

【背景】海草床是重要的"蓝碳"生态系统,对全球碳汇有重要贡献。海草床沉积物剖面的垂直梯度特征显著,表层呈现氧化态,富含活性有机质,而深层呈还原态,以惰性有机质为主。【目的】探究这种垂直特征如何影响微生物的丰度和群落分布。【方法】利用荧光定量PCR和16SrRNA基因高通量测序等手段,测定了山东荣成天鹅湖大叶藻海草床不同深度(5、10、15、20、25和30 cm)沉积物中细菌和古菌丰度、多样性和群落结构的变化。【结果】细菌和古菌16S rRNA基因拷贝数随深度的增加而降低,在沉积物5cm深处,细菌的16SrRNA基因拷贝数显著高于20cm和30cm层(ANOVA,P<0.05)。深度对细菌和古菌α多样性指数没有显著影响(P>0.05)。细菌中相对丰度最高的是变形菌门,其次是绿弯菌门,拟杆菌门,浮霉菌门等,其中δ-变形菌和浮霉菌的相对丰度随深度显著增加(P<0.05)。古菌群落中深古菌门比例最高,在25cm深处达到70%以上;其次是乌斯菌门、洛基古菌门、广古菌门和奇古菌门等。奇古菌门比例随深度增加而显著降低(P<0.05),其他古菌类群在不同深度间差异不显著(P&...     

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。     

双歧杆菌属特异性测序引物筛选及优化

【背景】目前双歧杆菌的益生功能被普遍认可,越来越多的研究开始关注肠道中双歧杆菌的生物多样性。然而双歧杆菌是肠道中的低丰度物种,现有技术尚难以深入研究其多样性。【目的】基于双歧杆菌16SrRNA基因序列筛选一对适用于分析粪便样品中低丰度双歧杆菌属多样性的特异性引物。【方法】依据已有引物的相对位置及其与双歧杆菌属16S rRNA基因序列的匹配率,将引物重组优化得到扩增片段800 bp的双歧杆菌属特异性引物;通过PCR扩增和琼脂糖凝胶电泳对引物进行实验筛选和特异性验证;以细菌通用引物(27f/1492r)为参照,通过单分子实时(Single-molecule real-time,SMRT)测序技术对不同引物的3份粪便样品中细菌的DNA扩增子进行测序,在种水平上分析比较不同引物的优劣。【结果】对文献中已有的9对双歧杆菌特异性引物进行重组并优化,其中2对引物的理论特异性较好且扩增产物大于800 bp,它们分别为Bif164-f/Pbi R2和Pbi F1/Pbi R2。PCR扩增和琼脂糖凝胶电泳实验发现,Bif164-f/Pbi R2的扩增条带明亮且无拖尾。此外,利用SMRT测序平台对引物27f/1492r和Bif164-f/Pbi R2的3份粪便样品中细菌的DNA扩增子进行测序并分析。27f/1492r扩增子的分析结果显示,3份样品依次分别含1、3、4个双歧杆菌种且双歧杆菌的平均相对含量为0.34%;而Bif164-f/Pbi R2扩增子的分析结果显示,3份样品依次分别含2、6和8个双歧杆菌种且双歧杆菌的平均相对含量为98.72%。上述结果表明,Bif164-f/Pbi R2可在种水平上特异地检出粪便中低丰度的双歧杆菌,进而实现样品中双歧杆菌的多样性分析。【结论】筛选出一对双歧杆菌特异性引物Bif164-f/PbiR2,可在种水平上分析粪便样品中低丰度双歧杆菌的生物多样性,同时也验证了理论结合实验进行引物筛选这种方法的可行性。     

高通量测序和DGGE分析土壤微生物群落的技术评价

【目的】比较新一代高通量测序与传统的变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis,DGGE)指纹图谱技术,评价两种技术研究土壤微生物群落结构的优缺点。【方法】针对新西兰典型草地和森林土壤,以16S rRNA基因为标靶,通过高通量测序和DGGE技术分析土壤微生物群落的组成、丰度和多样性,比较两种方法在土壤微生物研究中的适用性。【结果】在不同的微生物分类水平,高通量测序草地土壤检测到22门,54纲,60目,131科,350属;而DGGE仅检测到6门,9纲,8目,10科,10属,表明DGGE显著低估了土壤微生物的群落组成。森林土壤也得到了类似规律,高通量测序的检测灵敏度是DGGE的3.8、6.7、6.4、19.2及39.4倍。进一步分析土壤中主要微生物类群的相对丰度,发现分类水平越低,高通量测序与DGGE的结果差异越大,尤其在科和属的水平上差异最大。以高通量测序结果为标准,DGGE明显高估了土壤中大多数微生物类群的相对丰度,最高可达2000倍。两种方法都表明草地土壤的多样性指数高于森林土壤,但DGGE多样性指数的绝对值远低于高通量测序结果。【结论】高通量测序能够较为全面和准确的反映土壤微生物群落结构,而DGGE仅能够反映有限的优势微生物类群,在很大程度上极可能低估土壤微生物的物种组成并高估其丰度。     

单分子测序技术及应用研究进展

从DNA双螺旋结构的发现开始,生命科学研究进入分子水平,在20世纪70年代出现的测序技术为破译遗传密码作出了巨大贡献.近几年出现的单分子测序技术,可以在单个分子水平读取核苷酸序列,也被称为第三代测序技术,主要代表有HeliScope、Nanopore和PacBio等.与传统的第一代和第二代测序技术相比,第三代测序能够产生更长的碱基读长,能直接对RNA进行测序,无需逆转录,测序速度极快,同时其中某些技术所涉及的设备可以小型化,可便携至野外现场测序.第三代测序技术在生命科学基础理论研究及生物医学临床实践中,具有广泛的应用.本文重点介绍了各种单分子测序技术的原理、优缺点,及其应用研究进展.     

新一代测序技术的研究进展

大规模DNA测序技术是揭秘人类和其它生物遗传密码的重要技术,在分子生物学和基础医学领域有广泛应用。第二代测序技术的出现使DNA测序的通量大幅提高,测序的成本大幅下降,原来只有在大型测序中心才能完成的测序任务现在已经可以在更多的实验室展开。但是,早期的第二代测序技术仍然存在诸如文库构建过程复杂、测序成本依然较高等缺点。为了克服上述缺点,近三年发展了几种新的第二代和第三代测序技术,这些技术不仅继承了早期第二代测序技术通量高的优点,而且在文库构建等方面取得了重要突破,进一步简化了测序操作,降低了测序成本,缩短了测序时间。本文就几种最新的大规模测序技术的原理、特点与发展趋势进行简要介绍。     

DNA测序技术概述

DNA测序技术作为现代生命科学研究的核心技术之一,自上世纪70年代中期DNA发明以来发展迅速。我们简要综述现有的几代DNA测序技术的原理及其发展历程,并对未来可能出现的第三代测序进行预测。     

Commercial high-throughput sequencing and its applications in DNA analysis

DNA sequences can be used for the analysis of genetic variation and gene function. The high-throughput sequencing techniques that have been developed over the past three years can read as many as one billion bases per run, and are far less expensive than the traditional Sanger sequencing method. Therefore, the high-throughput sequencing has been applied extensively to genomic analyses, such as screening for mutations, construction of genomic methylation maps, and the study of DNA-protein interactions. Although they have only been available for a short period, high-throughput sequencing techniques are profoundly affecting many of the life sciences, and are opening out new potential avenues of research. With the highly-developed commercial high-throughput sequencing platforms, each laboratory has the opportunity to explore this research field. Therefore, in this paper, we have focused on commercially-popular high-throughput sequencing techniques and the ways in which they have been applied over the past three years.     

高通量测序技术及其应用

高通量测序技术是DNA测序发展历程的一个里程碑,它为现代生命科学研究提供了前所未有的机遇。详细介绍了以454、Solexa和SOLiD为代表的第二代高通量测序技术,以HeliScope TIRM和Pacific Biosciences SMRT为代表的单分子测序技术,以及最近Life Science公司推出的Ion Personal Genome Machine (PGM)测序技术等高通量测序技术的最新进展。在此基础上,阐述了高通量测序技术在基因组测序、转录组测序、基因表达调控、转录因子结合位点的检测以及甲基化等研究领域的应用。最后,讨论了高通量测序技术在成本和后续数据分析等方面存在的问题及其未来的发展前景。     

Sequencing Strategies for Fusion Gene Detection

Fusion genes formed by chromosomal rearrangements are common drivers of cancer. Recent innovations in the field of next-generation sequencing (NGS) have seen a dynamic shift from traditional fusion detection approaches, such as visual characterization by fluorescence, to more precise multiplexed methods. There are many different NGS-based approaches to fusion gene detection and deciding on the most appropriate method can be difficult. Beyond the experimental approach, consideration needs to be given to factors such as the ease of implementation, processing time, associated costs, and the level of expertise required for data analysis. Here, the different NGS-based methods for fusion gene detection, the basic principles underlying the techniques, and the benefits and limitations of each approach are reviewed. This article concludes with a discussion of how NGS will impact fusion gene detection in a clinical context and from where the next innovations are evolving.