Microbial metabolomics: toward a platform with full metabolome coverage

Achieving metabolome data with satisfactory coverage is a formidable challenge in metabolomics because metabolites are a chemically highly diverse group of compounds. Here we present a strategy for the development of an advanced analytical platform that allows the comprehensive analysis of microbial metabolomes. Our approach started with in silico metabolome information from three microorganisms-Escherichia coli, Bacillus subtilis, and Saccharomyces cerevisiae-and resulted in a list of 905 different metabolites. Subsequently, these metabolites were classified based on their physicochemical properties, followed by the development of complementary gas chromatography-mass spectrometry and liquid chromatography-mass spectrometry methods, each of which analyzes different metabolite classes. This metabolomics platform, consisting of six different analytical methods, was applied for the analysis of the metabolites for which commercial standards could be purchased (399 compounds). Of these 399 metabolites, 380 could be analyzed with the platform. To demonstrate the potential of this metabolomics platform, we report on its application to the analysis of the metabolome composition of mid-logarithmic E. coli cells grown on a mineral salts medium using glucose as the carbon source. Of the 431 peaks detected, 235 (=176 unique metabolites) could be identified. These include 61 metabolites that were not previously identified or annotated in existing E. coli databases.     

细胞表面的物理化学修饰

移植排斥是生物学中的重大问题,其理论涉及众多生物学科,包括免疫学、生物化学、分子生物学、生理学、细胞生物学、实验血液学等;其实践涉及同种和异种细胞、组织、器官移植,关系到肿瘤、糖尿病、急性放射病、免疫缺陷症、器官衰竭等数以百万计患者的治疗和健康。使用化学材料聚乙二醇、海藻酸钠、壳聚糖、多聚赖氨酸等,发挥化学、物理、生物学科交叉的优势,在移植物细胞表面进行物理化学反应,修饰和改造细胞表面抗原分子,有望为克服移植排斥反应开辟新的途径。     

丝状真菌代谢工程研究进展

丝状真菌(Filamentous fungi)作为重要的工业发酵微生物,在有机酸、蛋白质及次级代谢产物等关键生物基产品生产方面发挥着重要作用.自20世纪90年代代谢工程理念提出以来,尤其是代谢工程使能技术的创新及发展,极大地促进了丝状真菌细胞工厂的构建及其在工业发酵领域的应用.文中将系统介绍近年来丝状真菌代谢工程技术的...     

蛹虫草菌产生的胞外多糖及其理化性能和抗氧化活性的初步研究

蛹虫草菌Cordycepsmilitaris在液体发酵条件下可产生胞外多糖,其粗多糖的蛋白含量在14．31％左右,氨基酸含量为13．8％,共有17种氨基酸,水分5％左右,多糖含量大约占80％。蛹虫草菌胞外多糖具有良好的增稠性、触变性、抗盐耐热和对广泛pH的稳定性能。蠕虫草菌丝体及其胞外多糖具有一定的抗氧化活性,在60℃的促进氧化条件下放置7天,0．05％含量的菌丝体及其胞外多糖降低油脂氧化率分别达到18．8％和19．8％。     

Protein-protein interactions between two-component system transmitter and receiver domains of Myxococcus xanthus

We present a novel dataset assessing the specificity of protein-protein interactions between 69 transmitter and receiver domains from two-component system (TCS)-signalling pathways. TCS require a conserved protein-protein interaction between partner transmitter and receiver domains for signal transduction. The complex prokaryote Myxococcus xanthus possesses an unusually large number of TCS genes, many of which have no obvious interaction partners. Interactions between TCS domains of M. xanthus were assessed using a yeast two-hybrid assay, in which domains were expressed as both bait and prey translational fusions. LacZ production was monitored as an indicator of protein-protein interaction, and the strength of interactions classified as weak, medium or strong. Two-hundred and fifty-five transmitter-receiver domain interactions were observed (46 strong), allowing identification of potential signalling partners for individual M. xanthus TCS proteins. In addition, the dataset provides interesting 'meta' information. For instance, many strong interactions were identified between different transmitter domain pairs (34) and receiver domain pairs (23), suggesting a surprisingly large degree of heterodimerisation of these domains. Proteins in our dataset that exhibited similar 'profiles' of interactions, often shared a similar biological function, suggesting that interaction profiles can provide information on biological function, even considering sets of homologous domains.     

放牧到禁牧对草地土壤有机碳累积及其主控因子的影响

放牧是草地生态系统最为重要的人为影响因子,禁牧则是修复退化草原最有效的措施之一,不同管理模式势必会影响土壤理化指标和土壤有机碳(Soil Organic Carbon, SOC)及其累积量(SCS)的时空分布。为了明确从放牧到禁牧草地SCS变化过程及其影响因子,对锡林郭勒盟额里图牧场2019—2021年从放牧到禁牧SOC及土壤容重、水分、pH和生物量等进行分析。结果表明,禁牧区SCS逐年呈递增趋势,尤其是60cm土层SCS从2.54kg/m²增加到4.61kg/m²,增加了81.5%。放牧区则呈递减趋势,从5.27kg/m²下降到4.05g/m²,降低了23.15%。放牧既破坏了土壤结构又影响了草原植被,使草原生物量和土壤水分减少,土壤容重增加,同时Mantel-test分析和结构方程表明,土壤容重、全氮、温度、水分、地下生物量对SCS不同程度的影响比较明显,本研究可为草地生态研究及管理模式优化提供参考。     

连续氮添加14年对温带典型草原土壤碳氮组分及物理结构的影响

全球氮沉降对生态系统造成了深远的影响,研究长时间氮沉降对草地生态系统土壤理化特征的影响有助于加强生态系统对氮沉降响应的长效机制的理解。通过连续14年长期施加N0（0 g N m^-2 a^-1）、N2（2 g N m^-2 a^-1）、N4（4 g N m^-2 a^-1）、N8（8 g N m^-2 a^-1）、N16（16 g N m^-2 a^-1）、N32（32 g N m^-2 a^-1）六种浓度尿素模拟氮沉降,并将土壤分成0-10、10-20和20-40 cm三个深度土层,研究温带草原生态系统土壤碳氮组分及物理结构对氮添加的响应及其相互关系,结果表明：（1）氮添加显著降低0-10 cm土壤酸碱度及土壤微生物量碳含量,N32相比N0分别下降了27.63%和58.40%（P<0.05）;各土层总有机碳和全氮含量对氮添加处理无显著响应,0-10 cm土层显著高于20-40 cm土层。（2）同一土层深度不同梯度氮添加处理显著增加土壤无机氮离子含量（P<0.05）,0-10 cm土层铵态氮含量N32相比N0增加了88.72%,20-40 cm土层硝态氮含量N32相比N0增加了19.55倍,土壤深度与氮添加对无机氮离子含量影响具有显著的交互效应。（3）同一土壤深度不同梯度氮添加处理土壤粒度分形维数及土壤团聚体差异不显著,相关分析表明土壤碳氮元素含量与土壤结构显著相关。土壤碳氮组分在适宜浓度氮添加的增加趋势说明氮添加在一定程度上可能促进土壤理化性质的改良,氮添加对土壤物理结构的影响还需要进一步的深入研究。     

高通量测序分析重庆地区茅苍术根际丛枝菌根真菌多样性

【背景】丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)是土壤微生物区系中分布最广泛的一类菌根真菌,能与地球上90%的维管植物形成共生体,可通过调节植物的生理代谢过程增强植物的抗逆性。【目的】揭示重庆地区中药材茅苍术根际土壤中AMF的结构与组成,解析土壤因子对AMF类群的影响。【方法】以重庆地区茅苍术主产地彭水县、秀山县、石柱县、南川区和酉阳县2-3年生茅苍术根际土壤为材料,利用Illumina MiSeq 2500测序平台进行真菌扩增子测序,分析不同地点土壤的茅苍术根际AMF类群组成和多样性的差异。【结果】茅苍术的菌根侵染率均在50%以上,每10g风干土壤中孢子含量在50个以上,最高达到144个。根际土壤共检测到球囊菌门Glomeromycota的3纲4目8科9属AMF,包括Glomus、Claroideoglomus、Gigaspora、Paraglomus、Archaeospora、Ambispora、Acaulospora、Diversispora和Scutellospora,其中前6属为5个区县土样共有。球囊霉属(Glomus)相对丰度最高,达67%,为所有地区茅苍术根际样本中的优势类群。冗余度分析(redundancy analysis,RDA)表明,土壤pH对AMF群落组成影响最大。pH、有机质、碱解氮、速效钾与Shannon指数呈正相关,有效磷与之呈负相关;各土壤因子与Simpson指数的相关性则相反。5个土壤因子均与丰度(Chao1)指数呈负相关。另外,pH、有机质与均匀度(ACE)指数呈正相关;碱解氮、速效钾、有效磷与之呈负相关。【结论】茅苍术根际土壤中AMF资源丰富,土壤因子对AMF群落组成和丰度影响显著,是导致AMF群落结构地理分布格局差异的重要原因之一。     

黄土丘陵区刺槐人工林林龄增加土壤微环境变化对凋落物分解的影响

凋落物所处的土壤微环境是影响其分解的关键因素之一,然而在黄土高原广泛栽植的刺槐人工林中,土壤微环境随林龄增加如何改变、其对凋落物分解过程的影响趋势尚不清楚。为明确上述问题,以油松凋落物(典型的难分解凋落物)和白三叶凋落物(易分解)为对象,分别在林龄为10、20、33 a和43 a的刺槐林地土壤表面进行为期592 d的模拟分解试验,检测凋落物分解特征以及地表土壤理化生物学性质随林龄增加的变化趋势,并分析凋落物分解速率与土壤微环境指标间的关系。结果表明:(1)随林龄增加,油松凋落物的分解速率呈先小幅降低后提高的趋势,白三叶凋落物的分解速率持续提高(P<0.05);(2)总体而言,随林龄增加林地表层土壤温度呈先降后增趋势,土壤湿度、有效磷含量和pH持续降低,而速效氮含量持续提高(P<0.05);(3)林龄增加显著改变了林地土壤微生物群落结构,特别是在各分解时间点时均导致真菌属的明显演替现象。土壤中9种凋落物分解酶的总酶活性和木质纤维素酶活性均在分解第108天时随林龄增加呈先降后增趋势,而在分解第389天和第592天时持续提高(P<0.05)。(4)油松凋落物分解速率仅与土壤总酶活性、真菌群落结构和铵态氮含量呈显著正相关,白三叶凋落物分解速率则与总酶和木质纤维素酶活性、细菌和真菌群落结构、温度和铵态氮含量显著正相关,而与土壤湿度和pH显著负相关(P<0.05)。综上所述,刺槐林龄增加引起的土壤理、化和生物微环境变化总体倾向于加速凋落物的分解过程。