特定功能微生物多样性分析

作者：杨超月

——基于功能基因/持家基因/靶基因

在自然界的各类环境中，都有微生物的存在，它们在各自的“岗位”上都发挥着或大或小、或多或少的作用。有一些具有特殊功能的微生物，由于其作用的重要性或特殊性而受到人们的广泛关注，这些具有特殊功能的微生物叫做功能微生物，如氨氧化细菌、硫细菌、硝化细菌等。它们在分类学上有可能差异很大，但却具有相同或类似的基因使其能够发挥同样的作用。支配这些功能细菌发挥重要功能的基因被称为功能基因，如amoA、dsrB、nxrA。目前微基生物已收集GeneBank中所有已知功能基因的序列及其对应的种属信息，构建自己的功能基因数据库。

微基生物可根据客户需求，针对功能基因或持家基因，设计PCR通用引物，开展个性化建库及分析。此类方法，可针对属内各种，甚至亚种，进行细致地分类及分析，并与环境数据相结合，可用于某类微生物精细的分类及进化研究。部分已完成功能基因建库分析及引物列表（其他功能基因请垂询）。

功能基因/持家基因分析的流程图如下：

特定功能基因生信分析流程

· 数据库：Silva，GreenGene，RDP

微基生物收集GeneBank中所有已知功能基因的序列及其对应的种属信息，构建自己的功能基因数据库。

· 高通量测序

目前市面上常用的用于研究环境微生物的高通量测序平台有Illumina，BGI，PacBio和Thermo Ion。其中Illumina平台的测序读长长、测序周期短、通量大，成为常用的测序平台。

微基生物是国内首家采用Illumina MiSeq 2×300 bp平台进行微生物生态研究。在功能基因进行测序分析方面积累了丰富的经验。

· 建库及生信/统计分析

案例分析

标题：Response of denitro bacteria involved in nitrogen removal for treatment of simulated livestock wastewater using a novel bioreactor脱氮细菌在新型生物反应器处理模拟家畜废水脱氮过程中的作用

Ecological Engineering（IF: 3.512）

研究领域：功能微生物

高通量测序平台：Illumina MiSeq

测序区域：napA, narG, nirS, qnorB, and nosZ

主要结果：（1）微生物群落组成的演替反映在CFM组和DAS组之间的显著差异的热图上，主要体现为中华根瘤菌及固氮菌的不同比例。

（2）环境变量对反硝化群落的存在影响及优势属与氮浓度有一定的相关性

（3）选出29个相对丰度较高的属(每个功能基因选出3 ~ 4个相对丰度最高的属)，构建关联网络图。根据它们之间的关联关系，选择相对丰度和适应性较高的菌株，如目标生态位中的Burkholderia, Azoarcus, 和 Rhodanobacter ，加入到细菌接种剂可以实现快速繁殖，并通过自身的酶活性直接改变理化参数。此外，根据系统中的负相关关系，人工增菌可以抑制具有去除化学需氧量和氮的副作用的细菌，从而提高装置的运行效果。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925857420300501

参考文献：

Wang L , Xu W , Yu J , et al. Response of denitrobacteria involved in nitrogen removal for treatment of simulated livestock wastewater using a novel bioreactor[J]. Ecological Engineering, 2020, 147:105762.返回搜狐，查看更多