高通量扩增子测序分析生防细菌对丹参根际和根表土壤真菌群落多样性的影响

利用高量测序方法探究生防细菌对丹参植株根际和根表土壤真菌群落多样性的影响。

向丹参植株根部施入生防细菌DS-R5,培养45 d后采集根际和根表土壤样品提取总DNA,扩增样品基因组DNA的V4―V5区后进行双端测序,利用生物信息学解析生防细菌对丹参植株根际和根表土壤真菌群落多样性的影响。

菌株DS-R5处理后增加了根际和根表土壤真菌群落的多样性和丰度;根际土壤共有物种种类大于根表土壤,说明菌株DS-R5处理后根际土壤处理与对照物种种类更接近,而对根表土壤中的微生物物种影响较大。真菌群落结构组成分析结果表明,不同土壤样品在门水平上共有优势真菌主要有子囊菌门、接合菌门、担子菌门和未分类;相比根表土壤对照样品,根表土壤处理样品中子囊菌门丰度下降了13.0%,接合菌门丰度升高了69.2%;根际土壤处理样品相比根际土壤对照样品,子囊菌门和接合菌门丰度分别升高了5.9%和8.9%,但二者差异无统计学意义。在属水平上,根表土壤样品经菌株DS-R5处理后提高了有益菌属的丰度,同时降低了有害菌属的丰度。

丹参植株施入生防细菌后,改变了根际土壤和根表土壤中微生物群落结构和多样性,本研究结果可以为利用生防细菌防控丹参根腐病提供理论参考。

     

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。     

施肥对东北春玉米根际土壤细菌群落结构的影响

目的：研究施肥对东北春玉米根际土壤细菌群落结构的影响,为东北春玉米土壤改良提供科学依据。方法：设置CK（对照,复合肥,65 cm小垄种植）、KF处理（配方施肥,65 cm小垄种植）、BMP处理（配方施肥,130 cm大垄双行种植）3个处理,采用高通量测序技术,比较不同处理间土壤细菌群落结构组成和多样性。结果：CK、KF、BMP 3个处理共鉴定出1 372种细菌群落。在不同大小的垄间施用不同比例的肥料种植春玉米,均能提高土壤根际细菌群落组成和群落多样性;各处理土壤细菌指数排序为BMP> KF> CK;CK丰富度指数和Shannon指数与处理KF、BMP存在显著差异。优势细菌门水平结构组成分析中均表现为以变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）等为优势的细菌门类,优势细菌属水平结构组成分析中均表现为鞘氨醇单细胞属（Sphingomonas）、念珠菌固体杆菌属（Candidatus Solibacter）、芽单胞菌属（Gemmatimonas）等为优势菌属;各处理土壤细菌群落在门水平上的PCA分析中...     

呼和浩特市大青山白桦根际土壤细菌群落结构研究

采用高通量测序技术对天然次生林生态系统演替过程中先锋树种白桦的根际土壤细菌多样性及群落结构进行了分析。研究结果表明:白桦根际土壤细菌隶属于28门、90纲、126目、213科、286属,在3个采样地中排名前8的优势细菌门的相对丰度均大于1%,分别为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。各样地中前3个门的相对丰度之和均在60%以上。对白桦根际土壤细菌的α多样性指数、门水平的聚类热图以及PCoA聚类结果的分析表明,3个采样地中,小井沟(B2)和哈达门森林公园(C2)白桦根际土壤细菌的物种组成更为接近,与井儿梁(A2)的物种组成有一定差异;且小井沟和哈达门森林公园的物种多样性及丰度(ACE指数)显著高于井儿梁,表明细菌对不同环境的适应能力有明显差异。对细菌群落结构与土壤理化性质的RDA分析及相关性分析表明,环境因子对白桦根际土壤细菌的影响顺序为:全氮TN酸碱度pH含水量WC速效钾AK硝态氮NN铵态氮AN有机质OM有效磷EP,其中,TN、pH和WC是白桦根际土壤优势细菌的主要影响因子。研究结果为深入认识森林生态系统中根际土壤细菌的群落结构和影响因子提供了理论依据。     

轮作对棉花根际土壤细菌群落的影响

为分析轮作对棉花根际土壤细菌多样性及群落结构的影响,以棉花为研究对象,花生和谷子为轮作材料,应用IonS5TMXL高通量测序平台对各处理土壤样品进行16S rDNA测序.结果 表明,轮作处理显著提高了棉花的产量:花生-棉花轮作增产32.19％,谷子-棉花轮作增产18.13％.虽然轮作不足以彻底改变棉花根际土壤细菌群落结...     

不同种植模式下丹参根际土壤微生物群落结构变化

采用MiSeq高通量测序技术对连作、轮作、套作3种种植模式下丹参根际土壤中细菌的16S rDNA基因V3—V4区片段和真菌18S rDNA基因V4区片段进行了测序,研究了细菌和真菌群落结构的变化,并分析了其与土壤因子的关系,从根际微生态系统的变化阐释了丹参连作障碍的发生机理。总体上,细菌和真菌群落的大部分Alpha多样性指数在3种种植模式之间没有显著差异,但呈现轮作套作连作的趋势。与连作相比,轮作显著提高了细菌群落的香农-威纳指数和丛枝菌根真菌的侵染率。从细菌群落的组成上看,轮作模式下芽单胞菌门的相对丰度显著低于连作和套作。相反,轮作和套作时浮霉菌门和拟杆菌门的相对丰度则高于连作。轮作和套作模式下,真菌群落中的接合菌门、壶菌门和子囊菌门的相对丰度显著高于连作。另外,不同种植模式下微生物之间的相互作用关系也有明显差异,轮作甚至会造成真菌之间的相互关系发生逆转。连作模式下检出了丹参枯萎病的病原菌镰刀菌,而有益菌枯草杆菌属的数量却呈下降趋势,这可能是引起丹参病害加剧的原因之一。主坐标成分分析表明,微生物群落在3种种植模式之间没有发生显著的分化,前两个主坐标成分的总解释能力均小于30%,表明没有显著的主导因子。轮作和套作可以提高土壤pH和部分矿质营养,降低ORP。但是,土壤性质的变化仅影响细菌群落,对真菌群落的影响不明显。套作模式下,总钾和有效钾会提高细菌和真菌群落的多样性;轮作和连作模式下的真菌群落则刚好相反,它们更适应低钾和高ORP的环境。研究结果表明,轮作和套作可以在一定程度上改善土壤质量,提高根际细菌群落多样性,改变微生物群落组成,以及微生物-微生物、微生物-丹参之间的相互关系,这些可能是缓解丹参连作障碍的重要原因。     

基于高通量测序的裕民红花根际土壤细菌群落特征分析

【背景】新疆裕民县是我国最大的红花种植基地,其独特的地理环境和气候条件适合红花生长且有利于红花良好品质的形成。【目的】探究新疆裕民县山地栽培红花不同生育期的根际土壤细菌群落及其与环境因子之间的关系,为揭示道地药材\"道地性\"的本质与规律提供科学依据。【方法】在3块裕民栽培红花样地中分别采取营养生长期与生殖生长期的根际、非根际土壤,测定其土壤性质,并提取基因组DNA对16S rRNA基因的V4高变区进行PCR扩增构建文库,经过Illumina HiSeq高通量测序平台测序后使用生物信息学技术分析土壤细菌的丰富度、多样性指数和群落结构,然后分析多样性指数与环境因子之间的相关性。【结果】从36个红花土壤样品中共得到10303个细菌操作分类单元(Operationaltaxonomicunit,OTU),分属于47门102纲201目381科738属405种,其中放线菌门(Actinobacteria,32.9%)和变形菌门(Proteobacteria,28.7%)是优势菌群。方差分析显示丰富度指数Chao1与多样性指数Shannon在4个样品分组的细菌群落中无显著差异,而主坐标分析(Principal coordinates analysis,PCoA)和属水平的物种丰度分布情况表明各样地之间的细菌群落构成差异明显。【结论】经分析,红花根际土壤中存在大量适应环境变化的细菌,这些细菌的存在可能对红花道地性的形成有积极作用。此外,土壤性质、植物的生长阶段和根系分泌物可能通过影响红花根际细菌群落来致力于红花道地性的形成。     

托木尔峰典型植被根际细菌群落结构和功能多样性

目的探究托木尔峰不同植被根际细菌群落结构与功能差异,为高寒草地生态环境保护提供科学指导。方法基于高通量测序技术,对采集来自托木尔峰的四种典型植被野党参（Codonopsis pilosula）、早熟禾（Poa annua）、老鹳草（Geranium wilfordii）、紫花苜蓿（Medicago sativa）根际细菌16S rRNA基因进行测序,分析其根际细菌群落结构差异及其影响因素。结果四种典型植被细菌Shannon指数差异无统计学意义,但早熟禾根际细菌Chao1指数显著低于其他植物（F=7.660,P=0.004）。PCoA分析表明,老鹳草与紫花苜蓿的根际细菌群落结构相近,而野党参与早熟禾的根际细菌群落结构差异性较大。所有样品中的优势菌门有变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteria）,而鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）是共有优势菌属。功能预测显示,四种植物根际细菌以新陈代谢最为活跃,二级功能层以碳水化合物代谢和氨基酸代谢占比较大。土壤速效钾、pH、全钾和全磷是影响细菌多样性及群落结构的主要因素。结论不同植被类型对托木尔峰根际细菌群落结构及功能多样性具有影响,基于菌群功能制定个性化的菌群修复策略有助于该地区生态系统的可持续发展。     

大豆不同生育期根际土壤细菌群落结构的变化

为了解大豆根际细菌群落结构多样性及根际细菌群落结构的变化,该研究以大豆苗期和成熟期的根际土壤为材料,采用Illumina高通量测序技术测定细菌16S rRNA V3+V4区序列,探究大豆不同生育期根际土壤细菌群落结构的变化。对原始数据进行拼接、过滤、去除嵌合体序列和聚类分析等数据处理,并对OTU进行分类学注释。在此基础上运用ANOVA分析物种组成变化,Alpha多样性指数研究细菌多样性变化。结果表明:细菌丰富度和多样性在不同生育期有显著变化,其中成熟期土壤中的细菌丰富度和多样性指数均明显高于苗期; 变形菌、放线菌、酸杆菌是大豆根际的优势菌门,其含量在不同生育期也有显著变化; 假诺卡氏菌属、糖丝菌属、鞘氨醇单胞菌属是大豆根际的优势菌属,这些菌属中的部分菌群属于根际促生菌,具有潜在的促生效应。这些结果证实大豆的生育期对根际土壤细菌群落结构有重要影响。     

丛枝菌根真菌和根瘤菌互作对苜蓿根际土壤细菌群落结构的影响及PICRUSt功能预测分析

【背景】紫花苜蓿是优良的豆科牧草,可以与丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizae,AM)真菌和根瘤菌形成共生关系,接种AM真菌和根瘤菌可以促进土壤氮、磷循环以及提高苜蓿产量。【目的】探究接种AM真菌和根瘤菌对苜蓿根际细菌群落结构和功能的影响。【方法】采集6个不同处理组苜蓿根际、非根际土壤样品,基于细菌16S rRNA基因V3?V4区进行高通量测序,分析比较不同处理组苜蓿根际、非根际土壤中细菌群落分布的规律,并采用PICRUSt软件对不同处理组间菌群功能进行预测。【结果】36个土壤样品中共检测到3 849个OTU,分属于50门59纲132目249科595属398种。其中主要的优势菌门为Proteobacteria (52.81%?81.46%)、Bacteroidetes (7.83%?19.68%)及Actinobacteria (2.21%?16.4%)。与不接种相比,接种根内球囊霉和摩西球囊霉分别提高了Gammaproteobacteria和Bacteroidia有益菌的丰度,接种根瘤菌提高了固氮菌(Alphaproteobacteria)的丰度。PICRUSt功能预测表明,细菌菌群共有35个子功能,菌群功能丰富,代谢为最主要的功能,并且接种根瘤菌可增加氨基酸代谢,从而有利于植株N素循环,而接种AM真菌可能对于N循环有一定的抑制作用,相比于单接种AM真菌,双接种AM真菌和根瘤菌处理组碳水化合物代谢更强,从而更有益于植株的氮、磷循环。【结论】接种AM真菌和根瘤菌可分别提高苜蓿根系与氮、磷循环有关的不同有益菌的丰度,从而更有益于植株的氮、磷循环,该结果为提高植株养分吸收、提高苜蓿产量以及菌肥开发利用提供了科学依据。     

宜春温泉水体与泉底沉积物细菌多样性分析

研究宜春富硒温泉水体与泉底沉积物的细菌群落多样性。利用高通量测序技术分析泉水与沉积物中细菌群落结构与多样性。温泉水中主要的细菌类群为变形菌门和拟杆菌门,而在沉积物样品中的主要优势菌群为OP1、蓝细菌、浮霉菌门和绿弯菌门。细菌在属分类水平上,温泉水中优势菌群为不动杆菌属、假单胞菌属、水栖菌属、Thermosynechococcus、鞘脂杆菌属和金黄杆菌属等。沉积物样品细菌中优势菌群属于未知物种,在数据库中并没有相关的注释信息;其中已知的优势菌属为Candidatus acetothermum、Thermosynechococcus、亚热栖菌属、不动杆菌属。宜春温汤富硒温泉水体与沉积物中存在着丰富的微生物群落且组成差异性很大,该研究为了解与发掘温泉微生物菌种资源具有重要价值。     

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。     

青少年痤疮面部皮肤微生物群落结构变化

【背景】青少年痤疮是一种最常见的慢性炎症性损容性皮肤病,与痤疮丙酸杆菌的异常增殖有关。【目的】探究痤疮皮损区与附近无明显皮损区微生物组成与健康对照的差异,为从微生态角度防治痤疮提供理论基础。【方法】利用细菌16S rRNA基因V1-V2区和真菌TIS1高通量测序技术分析北京地区16岁青少年面部痤疮皮肤细菌和真菌群落结构,将痤疮皮损区与附近无明显皮损区微生物组成与健康组进行比较,寻找差异菌群。【结果】痤疮患者面部皮损区与附近无明显皮损区细菌多样性(Shannon指数)较健康对照组显著性降低(P0.001),主要与丙酸杆菌(痤疮丙酸杆菌)和葡萄球菌(表皮葡萄球菌PM221)显著性上升相关,而痤疮皮损区与附近未明显皮损区细菌组成无显著性差异。痤疮患者皮损区与附近无明显皮损区较健康对照组真菌丰富度(Chao1指数)显著性上升(P0.05),与限制性马拉色菌的显著上升相关。【结论】面部皮肤微生物变化与青少年痤疮的发生相关。本研究为从微生物角度防治痤疮提供理论依据。     

基于宏基因组学分析湘西腊肉的细菌多样性

目的 解析湘西成熟腊肉制品中微生物群落结构和种群丰度。 方法 采集湖南慈利县、辰溪县和古丈县3个样地成熟腊肉样品,提取样品细菌总DNA,利用454焦磷酸高通量测序法进行测序,并进行生物信息学分析。 结果 从慈利腊肉获得10 449条优质序列,聚类得到132个OTUs,注释为8个菌门,鉴定出82个属;其中变形菌门为主要细菌类群,占比90.1%;葡萄球菌属为优势菌属,占比47.6%。辰溪腊肉获得10 719条优质序列,聚类得到70个OTUs,归入5个菌门,37个菌属,变形菌门占比54.2%,为优势菌门;葡萄球菌属为第一大菌属,占比65.5%。古丈腊肉获得15 577条优质序列,聚类得到97个OTUs,分属于9个菌门,52个菌属,其中厚壁菌门占比84.5%,为最丰富的类群;葡萄球菌属为优势属,占比71.1%。3地区腊肉样品群落多样性高低依次为辰溪>慈利>古丈,湘西成熟腊肉中优势细菌类群为葡萄球菌,其次为鞘氨醇单胞菌和嗜冷杆菌。鞘氨醇单胞菌在腊肉样品中作为优势菌群为首次报道。 结论 湘西成熟腊肉中蕴含着丰富的微生物类群,鞘氨醇单胞菌可能与湘西腊肉独特风味形成有一定关联。     

乙醇与酸度协同作用推动芝麻香型白酒固态发酵过程的微生物群落演替

【背景】揭示白酒固态发酵过程中微生物组装规律及其环境驱动因素,对于解析白酒酿造微生物特征具有重要作用。【目的】揭示芝麻香型白酒固态发酵过程中微生物群落的演变规律及其演替的环境推动力。【方法】通过高通量测序揭示固态发酵过程中的优势微生物及群落结构演变过程;通过PICRUSt预测固态发酵过程中原核微生物群落代谢途径分布变化;通过关联分析揭示酒醅理化因子对微生物群落结构演变的解释率;通过实验室模拟发酵验证理化因子对群落组成的影响。【结果】芝麻香型白酒固态发酵过程包括2个阶段:阶段I (0-5 d),乙醇合成速率和还原糖消耗速率最高,Bacillus和Pichia是丰度最高的微生物属,酸度是群落演替最关键推动力;阶段II(5-30d),Lactobacilus和Saccharomyces是丰度最高的微生物属,乙醇是群落演替最关键推动力。在固态发酵过程中酒醅理化因子对群落演替的解释率为68.27%,其中乙醇(最高解释变量)和酸度的解释率分别为13.76%和4.43%,二者的共同解释率为23.17%,对推动微生物群落演替具有协同作用。【结论】揭示了芝麻香型白酒固态发酵过程的微生物群落演变规律及其演替的环境推动力,为提高白酒固态发酵过程可控性提供依据。     

静态好氧高温牛粪堆肥中nirK型反硝化细菌群落动态变化

【背景】堆肥过程中,不同反硝化微生物相互作用产生大量气态氮,不仅导致氮素流失使得堆肥肥效降低,而且造成环境污染。但是目前关于堆肥中反硝化细菌群落结构变化,尤其是群落结构与堆肥理化因子间相关性方面的报道较为欠缺。【目的】对堆肥中反硝化细菌进行研究,旨在揭示反硝化细菌群落动态变化,为深入理解堆肥氮循环机理提供科学数据。【方法】设计一种静态好氧高温堆肥技术处理牛粪和水稻秸秆,利用高通量测序技术研究堆肥中nirK型反硝化细菌群落组成的动态变化,并分析优势反硝化细菌菌属与理化指标之间的相关性。【结果】堆肥全程共17d,各项堆肥理化指标以及生物学指标表明堆肥已经基本腐熟。高通量测序结果表明,在堆肥的不同阶段nirK型反硝化细菌群落结构差异显著。门水平上,堆肥中反硝化细菌属于变形菌门(Proteobacteria)和一未分类门;目水平上,优势类群主要属于根瘤菌目(Rhizobiales)、红杆菌目(Rhodobacterales)和伯克氏菌目(Burkholderiales),其中根瘤菌目(Rhizobiales)的种类最多,而伯克氏菌目(Burkholderiales)的相对丰度最高。Spearman相关性分析表明未分类门的反硝化细菌和未分类科根瘤菌目的反硝化细菌与全碳、碳氮比、含水率以及pH呈显著负相关(P0.05),与凯氏氮和硝态氮呈显著正相关(P0.05);其他优势菌属与全碳、碳氮比、含水率以及pH呈显著正相关(P0.05),与凯氏氮和硝态氮呈显著负相关(P0.05);未分类科伯克氏菌目的反硝化细菌、未分类纲变形菌门的反硝化细菌、产碱杆菌科的Pusillimonas属和副球菌属(Paracoccus)与铵态氮显著相关(P0.05)。【结论】静态好氧高温堆肥技术可以缩短堆肥周期。在堆肥的不同阶段nirK型反硝化细菌群落结构差异显著,并且该菌群落结构的变化受到堆肥理化因子的显著影响。本研究有助于揭示堆肥中氮素转化规律,并为改进堆肥工艺提供理论依据。     

医学研究生\"高通量测序技术\"应用能力的培养

高通量测序技术目前已广泛的应用于临床研究领域。与传统测序方式相比,该技术具有通量高、耗时短、成本低等特点。研究生教育中对高通量测序技术的新进展及其在疾病研究、临床诊断等方面的应用方面的介绍较少。培养医学研究生对高通量测序技术的应用能力,可以增强研究生对高通量测序技术的方法、原理、应用范围、数据分析的理解,为医学研究生应用高通量测序技术发现及解决临床问题打下一定的基础。