小鼠不同肠道段内容物和粪便中微生物的宏基因组测序和比较分析

随着二代测序技术的迅速发展,从宏基因组角度了解环境微生物成为可能。目前,动物肠道微生物研究大多以粪便作为实验样品,对肠道内部微生物情况了解甚少。研究以小鼠为模型,分别对十二指肠、空回肠、盲肠、结肠4个部分内容物进行了宏基因组测序和分析。结果显示,(1)在门水平上,十二指肠比其他肠段厚壁菌门减少、变形菌门增多;(2)在属水平上,大肠的优势菌属为螺杆菌、真细菌等,小肠优势菌属为链球菌、大肠杆菌、梭菌、肠球菌等,而且粪便与大肠优势菌分布趋势类似;(3)大肠和小肠肠道微生物相似度为0.62~0.77,粪便与各肠段微生物相似度为0.7~0.9;(4)粪便和肠道内容物细菌功能差异同其生理功能有一定关联。研究表明,小肠内容物与大肠内容物和粪便中微生物有明显差异,尽营粪便微生物与大肠内容物微生物类似。这一结果暗示着粪便微生物不能完全代表动物宿主肠道微生物的真实情况。     

水体宏基因组学研究进展及应用

微生物是水体生态系统中不可或缺的一环,占生物基因资源的绝大多数。目前传统的微生物研究手段只能培养0.1%-1%的环境微生物,无法整体分析水体微生物群落的构成和功能,形成了水体治理研究的瓶颈。近年来,不依赖于培养的微生物研究手段即宏基因组学的出现为解决这一难题提供了新方法。一方面宏基因组学技术可以用于研究水体的生物多样性、微生物系统中的物质代谢历程这些为研究水体污染的治理提供了可能;另一方面,用宏基因组学方法从水体中发现新型微生物来源酶具有极高的应用价值。虽然宏基因组学仍存在一些问题和不足之处,但是近年来也取得了巨大的成就,该文综述了宏基因组学的概念、方法、问题和水体宏基因组学研究进展。     

基于宏基因组测序的四川麸醋醋醅微生物组和风味形成相关基因分析

四川麸醋因风味独特而备受消费者青睐,醋醅中微生物组与麸醋的风味密切相关。本研究旨在基于宏基因组测序技术揭示醋醅的微生物组和风味形成相关基因。结果表明,醋醅中的微生物隶属于70个门、885个属和3 168个种,优势菌包括金山乳杆菌、耐酸乳杆菌、耐热芽孢杆菌和巴氏醋杆菌等。在COG数据库中注释到8 656个COG功能单元,在KEGG数据库中注释到43个KEGG通路,氨基酸代谢、碳水化合物代谢是醋醅微生物发酵的主要代谢功能。从醋醅样品中检测到223个不同的碳水化合物活性酶,其中糖基转移酶丰度最高(reads数占比为37.09%);各氨基酸代谢途径之间的主要基因、酶存在较大差异;醋醅基因组中包含编码转氨、脱羧和脱氢等作用的基因,具备通过氨基酸代谢形成风味物质的基础。研究结果为阐明四川麸醋醋醅微生物组,揭示风味形成机制提供了参考。     

土壤微生物群落结构研究方法综述

综述了土壤微生物传统培养方法和Biolog微平板分析碳素利用法、磷脂脂肪酸法(PLFA分析法)等微生物群落生理代谢研究方法,以及变性梯度凝胶电泳(DGGE)、末端限制性长度多态性(T-RFLP)、高通量测序技术及宏基因组等微生物分子生物学技术在土壤微生物多样性研究中的应用,并对未来的发展趋势进行了展望。     

手性三唑类杀菌剂氟环唑对土壤微生物的立体选择性影响

为了研究土壤微生物对手性三唑类杀菌剂氟环唑的立体选择性响应,通过非靶向代谢组学和高通量测序联合技术探究了土壤代谢组和微生物群落对氟环唑外消旋体及对映体的响应机制。结果表明：氟环唑及其对映体处理4周后,土壤中氟环唑降解不显著,其残留能够引起土壤代谢组和土壤微生物群落组成的显著变化。土壤代谢组、细菌和真菌群落组成、PICRUSt基因功能预测的代谢途径均表现出由2R,3S-（+）-氟环唑驱动的立体选择性响应。PICRUSt基因预测表明,细菌中被显著影响的MetaCyc通路有10条,真菌中比对出22条。氟环唑外消旋体和（+）-对映体比（-）-对映体表现出对土壤微生物更显著的干扰作用（P<0.05）。氟环唑暴露引起了土壤环境中细菌和真菌群落、代谢、基因功能预测通路不同程度的立体选择性响应。鉴于土壤环境在农业生产中的重要性,土壤微生物组和代谢组的表征可以为暴露于手性三唑类农药顺式氟环唑及其对映体所带来的生态风险提供新的见解。     

基因敲除技术在微生物代谢途径改造中的研究进展

微生物是生产多种高附加值天然产物的优良宿主,基因敲除技术有效地阻断或弱化了微生物的旁路代谢途径,使代谢通量集中流向目的产物。基因敲除技术在微生物中的应用带动了微生物代谢工程研究的不断深入,为微生物工业发酵及合成生物学的发展开辟了新道路。综述了常见的几种微生物基因敲除策略,总结了近年基因敲除技术在微生物代谢途径改造中的应用情况,并对基因敲除技术在微生物代谢途径改造中的应用前景进行了展望,以期为基因敲除技术的发展和微生物代谢工程的研究提供理论参考。     

活菌制剂在配合饲料中的应用与研究

活菌制剂以活的细菌及其相应物质直接饲喂动物,能补充畜禽消化道内的有益微生物,扶植生理性或正常的微生物群,改善消化道菌群平衡,迅速提高机体抗病能力、代谢能力以及饲料消化利用率,从而达到防治消化道疾病和促进畜禽生长的双重作用。笔者就活菌制剂在配合饲料的应用技术与研究进行了探讨。     

组学技术揭秘草食动物消化道真菌组成和功能

真菌是挖掘高效纤维降解酶的核心微生物。厌氧真菌能特化出氢化酶体和纤维小体结构,提高厌氧环境下自身的能量供应;也能特化出厚的细胞壁或孢子样结构增强对不良环境的适应。畜种和消化道类型、日粮结构均能影响消化道真菌的组成。基于核糖体18S/28S r RNA基因和转录组间隔区(internal spacer region,ITS)的分子标记技术为厌氧真菌数量和区系研究提供了更为精准的手段,使厌氧真菌的研究逐渐深入。28S r DNA的D1/D2区域是厌氧真菌高通量分析的首选。由于目前组学分析数据库中缺少真菌的信息,以及很难直接从消化道内容物中获取足量的真菌DNA/RNA用于宏基因组/宏转录组分析,所以基于宏基因组学/宏转录组学技术揭示消化道内真菌生理和功能的研究非常有限,是今后真菌研究应重点突破的领域。     

养猪发酵床微生物宏基因组基本分析方法

养猪微生物发酵床分解猪粪、消除恶臭,将猪粪形成生物菌肥,实现了养猪污染的微生物治理和猪粪的资源化利用,微生物起到关键作用。然而,关于发酵床微生物群落的种类、数量、结构等方面系统研究鲜见报道。课题组采用高通量宏基因组学方法,系统地开展了微生物发酵床的微生物组研究,揭示不同空间、不同深度、不同发酵程度、不同垫料组成、不同季节发酵床中的微生物组成及其区系演替规律。本文就相关的宏基因组测序的样本采集、样本处理、测序原理、分析模型、数据统计、结果表述等分析流程和方法进行了归纳,阐明微生物组操作分类单元(OTU)鉴定,物种累积曲线,核心微生物组,种类丰度主成分分析,种类秩-多度曲线,物种组成丰度柱状图、热图、星图等分析的原理与方法,列举微生物组种类复杂度α-多样性分析、β-多样性分析、种类显著性差异LEfSe分析,冗余分析等实例,为深入研究发酵床微生物群落提供了完整的分析思路和范例。     

土壤微生物多样性的研究方法

对土壤微生物多样性的研究方法进行了综述。其中,微生物平板记数法仅能简单反映样品中微生物的类型和数量;从生化方面研究微生物多样性的方法主要包括基于底物利用率的代谢图谱以及磷脂脂肪酸生物标记法;土壤微生物在基因水平上的多样性可以用PCR-DGGE和PCR-TGGE技术、单链构象多态性分析(SSCP)、限制性片段长度多态性(RFLP)和末端限制性片段长度多样性(T-RFLP)等进行研究。荧光原位杂交可通过寡核苷酸探针和全细胞杂交进行原位鉴定和计算单个微生物细胞。目前,基因芯片技术已在微生物检测和群落分析中获得了很大关注,而高通量测序技术使得对土壤微生物转录组和基因组进行全面分析成为可能。     

基于宏基因组测序的橡胶林病原微生物的分析

为了解橡胶[Hevea brasiliensis(H.B.K.)Muell.-Arg.]林土壤和根系(根际和根表)广谱病原微生物的组成及其影响因素,以海南(儋州、万宁和乐东)和西双版纳(景洪、勐仑和勐满)地区健康橡胶林的土壤、根际和根表为材料,采用宏基因组测序技术,分析橡胶林病原微生物的组成及其影响因素.结果表明,植物...     

宏转录组学在微生物生态学研究中的应用

宏转录组学是一门在整体水平上研究某一特定环境、特定时期群体生物全基因组转录情况以及转录调控规律的学科。概述了新兴的宏转录组学在微生物生态学研究中的进展,并总结了其与微生物宏基因组学研究方法相比的优缺点。宏转录组学是一种新颖有效的方法,在微生物生态学,甚至在复杂微生物群落的生态学研究中都具有广阔的应用前景。     

共生功能体的微生物组组成、组装及微生物间互作研究进展

本文介绍了植根于共生理念和关系中的共生功能体(宿主—相关微生物组)概念,系统评述了共生功能体相关微生物组的组成、组装及其微生物间的互作.基于共生功能体,宿主通过自身具有的抗性和耐受性,可影响微生物共生体在共生连续体中的位置,降低互作的负面效应.宿主进化和共生功能体能主动影响寄生性共生体的适合度,从而出现反向适应.虽然宿...     

昆虫肠道微生物多样性研究进展

昆虫肠道内存在种类繁多、数量庞大的微生物,这些肠道微生物种群结构的多样性与昆虫种类、龄期、消化道形态、食物的喂养条件、生存环境等息息相关。近几年,随着大规模测序技术、组学技术的发展,应用分子生物学技术快速、定性、定量研究昆虫肠道微生物种群的多样性已成为热点。介绍了昆虫肠道微生物的分类和检测方法,综述了昆虫肠道微生物多样性的研究进展,以期为昆虫与其肠道微生物的协同进化和害虫防治等研究提供基本方法和数据,为今后昆虫肠道微生物的研究提供理论参考。     

有机肥和钙肥对盐碱土花生根际细菌群落结构的影响

为研究有机肥和钙肥对盐碱地花生根际微生物群落结构和功能的影响,以不施肥为对照（CK）、设置施用钙肥（C）、有机肥（M）和有机肥+钙肥（CM）处理,通过构建细菌16S rRNA基因文库和高通量测序技术对不同处理下花生根际微生物进行测序。结果表明,施用有机肥、钙肥和有机肥钙肥配施均显著影响较轻度盐碱土壤花生根际微生物的多样性和丰富度,而对较重度盐碱土花生根际细菌的多样性和丰富度无显著影响。PCoA分析表明,样本OTUs多样性与土壤盐碱程度关系密切,施用钙肥处理花生根际微生物的菌群结构与其他处理间存在较大差异。两种滨海盐碱土花生根际微生物的种群结构均受施用有机肥、钙肥及其配施的影响,不同处理根际微生物均具有相同的优势菌群,但各优势菌群的相对丰度存在较大差异。在目和科水平上,有占总细菌76.3%～82.5%的新种OTUs未能注释,说明黄河三角洲滨海盐碱土花生根际蕴含大量微生物新种资源。16S rRNA功能预测分析表明,施用钙肥和有机肥处理均可显著提高2种土壤花生根际微生物碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢、辅助因子和维生素的代谢、核苷酸代谢、翻译和膜运输等相关功能基因丰度。由此可见,施用钙肥和有机肥有利于改良盐碱土壤根际微生态环境,提高植物胁迫耐受性。     

胃肠道黏液层中Akkermansia muciniphila的定殖研究及其与宿主的相互作用

动物胃肠道中定植着数量巨大的肠道微生物,影响宿主动物的代谢和发育。肠道微生物在营养物质交换、信息传递和抵抗病原微生物入侵方面均发挥着重要的作用。依据定植部位,可以分成黏液层微生物和肠腔内微生物,Akkermansia muciniphila偏好地定植于肠道黏液层,对机体活动影响广泛。在肠道中,Akkermansia muciniphila可以特异地降解黏蛋白和低聚糖,分别产生短链脂肪酸和丙酸,在为宿主提供能量的同时也促进了自身的定植。而与此同时,机体黏蛋白的降解会促使宿主补偿产生更多的黏蛋白,进而降低宿主蛋白的沉积。Akkermansia muciniphila的定植还可减缓脂肪沉积,延缓糖尿病。在肠道微生态系统中,该菌群并没有严重的致病性,适宜丰度的Akkermansia muciniphila定植可以促进宿主免疫系统的发育,进而促进肠道健康。随着更多科学研究的展开,胃肠道微生物在机体中的重要性得到呈现。作为目前国内外的研究热点,Akkermansia muciniphila在机体肠道内的作用机制尚未完全明确。本文从Akkermansia muciniphila的定植环境、生理特性、对机体营养代谢的影响、与代谢性疾病及机体免疫相互作用等方面进行了综述,Akkermansia muciniphila为很有潜力的生物标记,应用于营养状态、代谢性疾病、免疫甚至癌症的评估和检测。     

胃肠道黏液层中Akkermansia muciniphila的定殖及其与宿主的相互作用

动物胃肠道中定殖着数量巨大的肠道微生物,影响宿主动物的代谢和发育。肠道微生物在营养物质交换、信息传递和抵抗病原微生物入侵方面均发挥着重要的作用。依据定殖部位,可以分成黏液层微生物和肠腔内微生物,Akkermansia muciniphila偏好地定殖于肠道黏液层,对机体活动影响广泛。在肠道中,Akkermansia muciniphila可以特异地降解黏蛋白和低聚糖,分别产生短链脂肪酸和丙酸,在为宿主提供能量的同时也促进了自身的定殖。而与此同时,机体黏蛋白的降解会促使宿主补偿产生更多的黏蛋白,进而降低宿主蛋白的沉积。Akkermansia muciniphila的定殖还可减缓脂肪沉积,延缓糖尿病。在肠道微生态系统中,该菌群并没有严重的致病性,适宜丰度的Akkermansia muciniphila定殖可以促进宿主免疫系统的发育,进而促进肠道健康。随着更多科学研究的展开,胃肠道微生物在机体中的重要性得到呈现。作为目前国内外的研究热点,Akkermansia muciniphila在机体肠道内的作用机制尚未完全明确。本文从Akkermansia muciniphila的定殖环境、生理特性、对机体营养代谢的影响、与代谢性疾病及机体免疫相互作用等方面进行了综述,Akkermansia muciniphila为很有潜力的生物标记,应用于营养状态、代谢性疾病、免疫甚至癌症的评估和检测。     

生态浮床池塘水体核心微生物种类及氮循环功能研究

为探索生态浮床池塘水体微生物对氮循环的贡献及其潜在驱动机制,本研究采用16S rRNA基因扩增子测序和宏基因组测序技术联合解析有无生态浮床水体中微生物群落结构及氮循环功能差异。群落结构分析结果表明,与无浮床水体相比,浮床水体中变形菌门（Proteobacteria）微生物占主要优势。微生物群落结构发生明显改变,浮床水体中C39、甲基杆菌属（Methylobacter）、栖湖菌属（Limnohabitans）、多核杆菌属（Polynucleobacter）和黄杆菌属（Flavobacterium）的相对丰度显著增加（P<0.05）。试验期间,浮床水体微生物Shannon多样性指数显著降低（P<0.05）,而Chao丰富度指数显著升高（P<0.05）。甲基杆菌、热单胞菌（Caldimonas）和伯克氏菌（Bulkholderia）是浮床水体脱氮过程中关键核心微生物组。氮循环功能研究结果表明,铺设生态浮床后,浮床水体氮代谢活动能力显著增强（P<0.05）,以固氮（nifH、nifD、nifK）、反硝化（narG、napA、nirS、norB和nosZ）和异化硝酸盐还原...     

菌根真菌与根际微生物间的关系及其对宿主植物的影响

菌根真菌与根际微生物间的关系及其对宿主植物的影响是近年来菌根研究的一个热点问题。 影响菌根形成、发育和功能的主要根际因子有根系分泌物、其它微生物及其与菌根真菌的相互作用（拮抗作用或刺激作用）。菌根真菌与土壤微生物混合接种对宿主的生长和营养有积极意义。VA菌根真菌由于可大大改善宿主植物的磷营养状况,促进根瘤的形成,因而与根瘤菌混合接种可对宿主植物不但在生长方面,而且在抗逆生理方面产生积极的影响。 国内外对VA菌根与外生菌根混合接种的研究,多集中在两种菌根的关系及其对林木生长的 影响方面,但有关菌根混合接种对     

中国热带农业科学院生物研究所香蕉枯萎病基础研究取得重要进展

正中国热带农业科学院生物研究所功能基因组与生物工程研究组香蕉病害研究团队在香蕉枯萎病基础研究方面取得重要进展。在其最新研究中,利用GFP标记和电镜技术,明确了枯萎病菌4号小种侵染香蕉的关键步骤是根部直接侵入和球茎维管束定殖。通过转录组(含lnc RNA测序)、蛋白组和代谢组分析发现,香蕉对枯萎病侵染的