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[文章]

宏基因组技术探究氮循环功能基因

微生态专题


中文题目:解码鲨鱼湾微生物垫微生物基因组复杂性功能的驱动因素

英文题目:Disentangling the drivers of functional complexity at the metagenomic level in Shark Bay microbial mat microbiomes 

期刊ISME  发表时间:2018   IF9.493

DOI0.1038/s41396-018-0208-8

 

摘要:结合已定义的化学分析,首次在毫米尺度上通过Illumina NextSeq 500平台检测了鲨鱼湾微生物垫微生物群落的宏基因组功能潜力。功能基因组图谱详细阐述了关键途径并促进重要微生物互作的推论。另外,组装出87个中等到高等质量的宏基因组(MAG),其中包括深分枝古细菌Asgard(Thorarchaetoalokiarcheota)下的潜在新基因组。在宏基因组中发现了一系列与碳、氮、硫和磷循环有关的途径,其中Wood-Ljungdahl途径被认为是主要的碳固定方式。占主导的前五组基因分别与硫酸盐同化(cysNC cysNCDsat)、产甲烷(hdrABC)Wood–Ljungdahl途径(cooScoxSML)、磷酸盐转运(pstB)和铜外排(copA)有关。聚羟基脂肪酸合成酶(PHA)基因在表面的表达量很高,PHA是一种潜在的固定碳储存库。其中硫代谢基因具有较高代表性,尤其是负责同化和异化硫酸盐还原的全套基因。环境适应途径(UV、高碱度、氧化应激和重金属抗性)及病毒防御机制(CRISPRBRXDARM系统的核心基因)均进行了描述。这项研究为研究生物地球化学循环和适应性反应提供了一个新的基于宏基因组的模型。

 

 

中文题目:全球水平的群体基因组学揭示了地理和系统发育对土壤细菌水平基因转移的不同影响

英文题目:Global-level population genomics reveals differential effects of geography and phylogeny on horizontal gene transfer in soil bacteria

期刊:PNAS  发表时间:June 14, 2019   IF9.580

DOI10.1073/pnas.1900056116    

 

摘要:尽管我们知道微生物主导地球生物圈并推动生物地球化学循环,但对微生物群落分布或环境因子地理分布的驱动作用知之甚少。我们使用全球分层抽样方案来调研鹰嘴豆固氮细菌共生体的进化关系和分布限制,在细菌群落中组装出1027个全基因组草图,其中14个高质量PacBio基因组组装结果来自系统发育关系中的代表性亚群。我们发现不同的中根瘤菌类群与鹰嘴豆共生关系在全球范围上存在很大程度的重叠现象。然而,根瘤菌种群的取样地聚类是基于系统发育多样性,多样性聚类是对土壤类型和纬度等土壤和环境因子的响应。尽管存在长期的进化分化和地理隔离,但是不同鹰嘴豆结瘤类群具有一套完整的结合元素(ICEs)编码共生体主要功能的。这种共生在细菌染色体中以两种形式存在-三分体-这种形式仅限于广泛分布的超物种中。相反,根瘤菌基因组广义基因含量的多样性与核心基因组系统发生有紧密的线性关系距离,地理影响很小。这些结果说明地理和人口统计学对细菌基因组进化的初步探讨为了发展可持续发展的改良技术。

 

 

中文题目:地中海森林火灾后根际潜在微生物氮途径的亚基因组研究

英文题目:Metagenomic Assessment of the Potential Microbial Nitrogen Pathways in the Rhizosphere of a Mediterranean Forest After a Wildfire

期刊:Microb Ecol    发表时间: February 2015  IF2.19

DOI10.1007/s00248-015-0586-7

 

摘要:地中海的森林野火频发并对这一生态系统产生了很大的影响。火灾前后土壤理化性质的变化,使得细菌群落和氮循环受到影响。本研究研究了野火对霍尔姆橡树林根据细菌群落所参与的氮循环的影响。宏基因组数据显示火灾前后根际发现大量氮循环相关通路和较少的氮产出,表现出先对稳定保守的氮循环趋势。然而,火灾后根际氮吸收相关功能序列(尿囊素利用和固氮)的数量显著增加,反硝化和异化亚硝酸盐还原酶亚系统功能序列的数量显著减少,这可能是为了补偿火灾后土壤中氮的流失。通过由nifH基因编码的固氮还原酶的多样性来评估氮循环功能基因进入生态系统的潜力。我们发现火灾后根际土壤nifH基因的多样性和丰富度均低于火灾前。火灾后细菌群落中放线菌们和厚壁菌门菌显示出增加趋势。这两种方法都显示了革兰氏阳性细菌在火灾后生态系统的重要作用。

 

 

中文题目:氮循环驱动的元基因组潜力和多样性渤海沉积物中的微生物

英文题目:Metagenomic potential for and diversity of N-cycle driving

microorganisms in the Bothnian Sea sediment

期刊:MicrobiologyOpen  发表时间:February 2017  IFNA

DOI: 10.1002/mbo3.475

 

摘要:生物氮循环是由大量转化氮的反应驱动的各种氧化还原状态化合物的转化。在这里,我们通过宏基因组研究了渤海沉积物寡营养环境中原位微生物群落氮循环的潜力。提取来自三种沉积物的总DNA并进行测序。基于SILVA数据库的16S rRNA基因对整个群落特征进行分析。编码硝酸还原酶(napA; narG)的诊断功能基因的多样性、亚硝酸盐:硝酸盐氧化还原酶(nxrA),亚硝酸盐还原酶(nirK; nirS; nrfA)、一氧化氮导管酶(nor)、一氧化二氮还原酶(nosZ)、肼合酶(hzsA)、氨脱氧酶(amoA)、羟胺氧化还原酶(hao)和固氮酶(nifH)通过blastx软件与已有的参考数据库进行比对分析。另外,利用PCR对厌氧细菌的hzsA基因进行扩增。结果表明,完全脱氮至N 2的基因组潜力很高,但厌氧铵氧化和异化亚硝酸盐还原铵的重要性相对低。Thaumarchaeota住到了好氧氨氧化功能功能。相比于PCR技术,在宏基因组中检测到较高的厌氧细菌多样性。结果揭示了N循环各个过程的重要性,突出了宏基因组学在检测新型微生物中的优势。

 

 

中文题目:固氮相关的Planctomycetes and Proteobacteria群落在表层海水宏基因组中丰度高

英文题目:Nitrogen-fixing populations of Planctomycetes and Proteobacteria are abundant in surface ocean metagenomes

期刊:NATURE MiCRObiOLOGY   发表时间: JULY 2018 IF

DOI10.1038/s41564-018-0176-9

 

摘要:表层海洋的固氮作用影响着全球海洋氮的生物有效性,进而影响微生物的初级生产力。迄今为止,蓝藻种群一直被视为该生境中生物可利用氮的主要供应者。尽管以固氮酶还原酶基因为靶点的聚合酶链反应研究揭示了各种非蓝藻的存在,随后的定量PCR调查表明它们通常以低丰度出现。在这里,我们利用最先进的宏基因组组装和组合策略回收近千种非冗余微生物塔拉海洋的群体基因组。其中,我们提供了第一个非蓝藻重氮菌的基因组学证据,这些菌栖息表层水域且与蛋白质细菌的谱系相对应,尤其是Planctomycetes。该菌尽管水生系统中普遍存在,但之前从未联系到固氮功能。此外,利用全基因组水平定量,发现在太平洋和大西洋西北部diazotrophs 不仅广泛而且非常丰富(单个diazotrophs 的亚基因组读数高达群落的0.3%)。我们的结果拓展几十年来基于PCR的基因研究,强调了异养细菌在表层海洋固氮中的重要性。

 

 

Hello ATCG 2019-11-13 13:33:13

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