基于皱皮软海绵宏基因组的PKS基因筛选的研究

提取皱皮软海绵及其共附生微生物的宏基因组总DNA,使用聚酮合酶(PKS)基因的酮酰合酶(KS)域引物PCR扩增PKS基因片段获得一条671bp的片段,以pUCm-T vector为载体将该基因片段克隆到大肠杆菌中,从阳性克隆中分离出PKS基因片段,测序推导出氨基酸序列。通过BLAST比对发现此氨基酸序列与红细菌目的Rhodobacterales bacterium PKS基因KS域的氨基酸序列有96%的同源性。通过基于氨基酸序列的系统发育分析,推测此筛选得到的PKS基因属于trans-AT型。本文首次证实了皱皮软海绵中存在细菌来源的PKS基因。     

Soil microbial communities and elk foraging intensity: implications for soil biogeochemical cycling in the sagebrush steppe

Foraging intensity of large herbivores may exert an indirect top‐down ecological force on soil microbial communities via changes in plant litter inputs. We investigated the responses of the soil microbial community to elk (Cervus elaphus) winter range occupancy across a long‐term foraging exclusion experiment in the sagebrush steppe of the North American Rocky Mountains, combining phylogenetic analysis of fungi and bacteria with shotgun metagenomics and extracellular enzyme assays. Winter foraging intensity was associated with reduced bacterial richness and increasingly distinct bacterial communities. Although fungal communities did not respond linearly to foraging intensity, a greater β‐diversity response to winter foraging exclusion was observed. Furthermore, winter foraging exclusion increased soil cellulolytic and hemicellulolytic enzyme potential and higher foraging intensity reduced chitinolytic gene abundance. Thus, future changes in winter range occupancy may shape biogeochemical processes via shifts in microbial communities and subsequent changes to their physiological capacities to cycle soil C and N.     

Meta-Mesh——元基因组数据分析系统

随着元基因组数据的不断增多,建立一个包含高品质的元基因组样本(也称为"微生物群落")数据的集成化的分析平台成为可能,使得微生物群落样本能够被有效分析、比较与搜索,从中发现更加深入的生物学意义。然而,一方面目前大部分元基因组数据库仅仅提供了简单的数据存储,缺乏良好的样本注释或者仅仅提供了很少的分析功能。另一方面,用于计算微生物群落数据相似性的方法所能够接受的样本数据量非常有限。长期以来,科学家们一直在寻找有效的方法计算海量微生物群落之间的相似性,从而研究样本之间的相似度并发现元基因组数据信息的相关性。Meta-Mesh是一个全新的在线元基因组分析系统,它包括元基因组数据库和分析平台,可以对元基因组样本进行系统、有效地分析,并实现样本的群落结构比较和精确搜索。其中,元基因组数据库已经从公共领域和内部实验室收集了超过7 000个高品质、带有有效注释的样本。同时,Meta-Mesh的分析平台提供了多种在线分析工具,可以对元基因组样本进行群落的结构分析与注释,多角度比较,并能通过快速索引策略和群落结构相似性算法在数据库中高效搜索近似的样本。Meta-Mesh通过"人体微生物群落样本的数据库搜索识别"以及"基于相似度矩阵的样本的聚类"等一系列的元基因组研究案例证明了其分析方面的性能。作为一个在线的元基因组数据库和分析系统,Meta-Mesh将服务于元基因组样本的快速分析、识别、比对、搜索等相关领域。     

构建高质量微生物天然产物库研究策略

微生物次级代谢产物历来是天然药物的重要来源,过去曾被称为"生物沙漠"的海洋,由于从中分离到大量新的微生物、基因及生物活性化合物,被重新认识逆转而成为一种"生物多样化的热带雨林".构建一个高质量微生物库及其天然产物库是保证药物和其他筛选成功的前提和关键.但如何高效建立高质量微生物天然产物库仍面临很多瓶颈问题.我们拟从:(1)扩大可培养微生物的多样性及去重复化;(2)扩大基因资源多样性及去重复化;(3)扩大微生物次级代谢产物多样性及去重复化;(4)寻找崭新次级代谢产物的新技术新方法,特别是针对多靶位药物的高通量互动筛选方面提出应对的研究策略.利用上述化学微生物学策略分离生物活性化合物不仅在生物技术和制药学应用中显现重要性,也增加了我们对微生物的多样性、生态系统功能和应用生物学的理解.     

水牛瘤胃宏基因组的一个新的b-葡萄糖苷酶基因umcel3G的克隆、表达及其表达产物的酶学特性

以木质纤维素为原料、应用同步糖化共发酵工艺发酵生产酒精时需要酸性中低温高活力纤维素酶包括b-葡萄糖苷酶。本工作分6次构建了水牛瘤胃未培养微生物宏基因组文库, 获得1.26×105个克隆, 文库含外源DNA的总长度 约为4.8×106 kb。从文库中筛选到118个表达b-葡萄糖苷酶活性的独立克隆。发现其中8个克隆表达的b-葡萄糖苷酶在pH5.0、37oC条件下活性较强。对其中一个克隆进行了亚克隆, 序列分析发现一个2223 bp的潜在的编码b-葡萄糖苷酶基因(umcel3G)的开放阅读框(ORF), 其编码产物的氨基酸序列与来自于 Bacillus sp.的一个b-葡萄糖苷酶同源性最高, 具有60%的一致性和73%的相似性。该ORF在E.coli中的表达产物Umcel3G的分子量与预测大小相似, 酶谱分析表明该表达产物具有b-葡萄糖苷酶活性, 证实该基因为一个b-葡萄糖苷酶基因。测定了用Ni-NTA纯化的Umcel3G的酶学特性, 其最适pH和最适温度分别为6.0~6.5和45oC。一些金属离子如Ca2+、Zn2+能显著提高该酶的酶活, 而另外一些金属离子如Fe3+、Cu2+能抑制Umcel3G的活性。在pH4.5、35oC和5 mmol/L的 Ca2+存在的条件下, 用Ni-NTA纯化的重组酶的比活为22.8 IU/mg, 说明该酶在用SSCF工艺发酵生产酒精中有潜在的应用价值。     

糖尿病及糖尿病心血管并发症患者肠道菌群的特征

【目的】比较2型糖尿病患者、糖尿病心血管并发症患者与健康人肠道菌群差异,分析肠道菌群与血糖、血脂等临床指标的关联,探讨肠道细菌在2型糖尿病、糖尿病心血管并发症发生、发展中的作用。【方法】招募健康人251例、糖尿病心血管并发症患者160例及糖尿病患者295例,三组各随机选取30例、30例和40例,进行血液生化指标分析和肠道菌群的宏基因组检测。【结果】与健康对照组比较,糖尿病心血管并发症组和2型糖尿病组血清丙氨酸氨基转移酶、碱性磷酸酶、甘油三酯、空腹血糖、胰岛素、糖化血红蛋白指标显著升高(P0.05);糖尿病患者组、糖尿病心血管并发症患者组的肠道菌群α-多样性明显降低,菌群发生改变。健康对照组中大部分优势菌属来自拟杆菌门和厚壁菌门,而糖尿病心血管并发症患者组和糖尿病患者组中大部分优势菌属则来自拟杆菌门、变形菌门和放线菌门。与健康对照组相比,糖尿病心血管并发症患者组和糖尿病患者组中,厚壁菌门比例明显下降,放线菌门和变形菌门比例明显上升。种水平上,空腹血糖与黏膜乳杆菌(Lactobacillus mucosae)、大肠埃希氏菌(Escherichia coli)、脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)呈正相关,与细枝真杆菌(Eubacterium ramulus)、Roseburia inulinivorans、Roseburia hominis、挑剔真杆菌(Eubacterium eligens)、伶俐瘤胃球菌(Ruminococcus callidus)呈负相关;低密度脂蛋白胆固醇与嵴链球菌(Streptococcus cristatus)呈正相关,与Lachnospiraceae bacterium_6_1_63FAA和淀粉乳杆菌(Lactobacillus amylovorus)呈负相关;总胆固醇与血链球菌(Streptococcus sanguinis)呈正相关。【结论】2型糖尿病和糖尿病心血管并发症患者存在明显的糖脂代谢异常和肠道菌群失调,肠道菌群紊乱可能在糖尿病发病、进展过程中发挥重要作用。     

纳米孔测序技术在环境微生物研究中的应用

高通量测序技术是研究环境微生物的有效手段,而以纳米孔测序为代表的第三代测序技术以其测序读长长、测序速度快、测序数据实时监控、仪器方便携带、无GC偏好性、无需经过PCR扩增等显著优势有力推动了环境微生物研究的发展.本文对纳米孔测序技术的技术原理和特点进行了简要概述,重点介绍了纳米孔测序技术在环境微生物扩增子测序、宏基因组...     

传粉网络构建的定性定量分子研究: 应用与展望

传粉者是重要的生态功能提供者, 在维持稳定的生态系统和高效的农业生产力中发挥着重要作用。因此, 传粉网络的构建和监测工作对评价生态系统平衡和调控农业生产至关重要。该工作的基础就是通过对传粉者及植物的物种鉴定构建其相关性。传统的形态学物种鉴定对分类学专家的专业知识、时间和经验都提出较高的要求。DNA条形码和高通量测序技术(high-throughput sequencing, HTS)的发展及其在传粉网络研究中的应用, 提供了高效、准确鉴定传粉者与植物的方法, 大大提高了传粉网络构建的效率。本文阐述了传粉网络研究相关的研究方法和技术进展, 并提出利用高通量测序技术结合无PCR扩增(PCR-free)的“超级条形码”技术, 有望实现以更高的灵敏度和分辨率对混合物种样品进行定性及相对定量的监测。该方法的有效性已在其他生物多样性研究中得以验证, 在传粉网络研究中虽处于初始阶段, 但应用前景广阔。     

候选门级辐射类群(CPR)细菌研究进展

候选门级辐射类群（candidate phyla radiation,CPR）是一类在自然界广泛分布的庞大细菌类群,成员众多,基于宏基因组测序结果已划分出75个门水平分支。CPR细菌是研究微生物进化与各类生境微生物协同作用的理想材料与系统,其在系统进化树中位于细菌域的最外侧,与古菌域外侧的DPANN超门毗邻,进化地位特殊。该类群具有独特的生物学特性,如细胞个体小,基因组精简,缺少三羧酸循环途径以及常见细菌电子传递链相关基因,通常需要与宿主共生、纯培养困难,目前仅在人类口腔中成功分离到一株CPR细菌（TM7菌株UB2523）。本文综述了CPR细菌的发现历程、细胞形态、代谢特征、在碳/氮/硫元素循环中的作用,以及不依赖于培养的组学技术在CPR细菌研究中的应用,可为深入探究CPR细菌的进化地位和驱动地球化学元素循环的方式,以及与宿主共生系统的互作机制提供参考。     

Evidence for dynamic exchange of qac gene cassettes between class 1 integrons and other integrons in freshwater biofilms

Class 1 integrons carried by pathogens have acquired over 100 different gene cassettes encoding resistance to antimicrobial compounds, helping to generate a crisis in the management of infectious disease. It is presumed that these cassettes originated from environmental bacteria, but exchange of gene cassettes has surprisingly never been demonstrated outside laboratory or clinical contexts. We aimed to identify a natural environment where such exchanges might occur, and determine the phylogenetic range of participating integrons. Here we examine freshwater biofilms and show that families of cassettes conferring resistance to quaternary ammonium compounds ( qac ) are found on class 1 integrons identical to those from clinical contexts, on sequence variants of class 1 integrons only known from natural environments, and on other diverse classes of integrons only known from the chromosomes of soil and freshwater Proteobacteria . We conclude that gene cassettes might be readily shared between different integron classes found in environmental, commensal and pathogenic bacteria. This suggests that class 1 integrons in pathogens have access to a vast pool of gene cassettes, any of which could confer a phenotype of clinical relevance. Exploration of this resource might allow identification of resistance or virulence genes before they become part of multi-drug-resistant human pathogens.