基于宏基因组学的中华绒螯蟹养殖池塘水体微生物群落结构和功能组成分析

养殖水体中的微生物群落结构及功能组成对养殖生态系统具有重要作用。为了全面系统评估中华绒螯蟹(Eriocheirsinensis)养殖中后期水体微生物群落结构和功能组成,于2022年6―10月逐月监测上海市崇明区中华绒螯蟹养殖池塘内水质指标,同时基于宏基因组学技术分析了养殖期内水体中微生物物种组成及功能结构特征,并探讨了二者与环境因子的关系。结果显示,该养殖池塘在养殖中后期主要超标水质指标为p H、高锰酸盐指数、总磷和总氮。在养殖期水体中,6―8月的微生物群落多样性以及7―8月的微生物群落丰富度处于较高水平,优势门为细菌中的变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、蓝细菌门(Cyanobacteria)和病毒中的尾噬菌体门(Uroviricota),而在属水平上,丰度占比前10的优势属在多组之间均存在显著差异,如7月蓝藻门微囊藻属(Microcystis)细菌和8―10月的有尾噬菌体目(unclassified_o_Caudovirales)病毒丰度明显高于其他月份。微生物的主要功能为代谢功能包括能量代谢、全局和概览图、氨基酸代谢等,不同月份的功能组成存在显著差异,尤其是6―7月代谢途径丰度明显高于8―10月,而优势细菌变形菌门、放线菌门和拟杆菌门是上述功能的主要贡献者。环境因子对微生物群落结构和功能组成的影响趋势一致,叶绿素a和pH是影响最显著的环境因子,溶解氧、总磷的影响作用稍弱。在养殖水体中,丰度占比较大的致病菌为肠道沙门氏菌(Salmonella enterica)、爱德华氏菌(Edwardsiella ictaluri)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)。研究结果可为中华绒螯蟹养殖池塘水体微生物群落结构和功能组成研究提供基础数据,并可为养殖水质调控及生态系统构建提供理论依据。

脑脊液宏基因组学第二代测序辅助诊断中枢神经系统链球菌感染二例

例1男性,53岁,主因头痛7天、发热伴意识障碍4天,于2019年7月5日入院。患者7天前淋雨后出现头痛,未予重视。4天前晨起再次出现头痛,伴恶心、呕吐,无明显卡他症状,无意识障碍,当地医院诊断为“感冒”,予藿香正气(具体剂量不详)止吐,5小时后出现意识障碍,呼之可睁眼,体温增至39.4℃,再次至当地医院急诊行头部CT和MRI检查无明显异常;胸部CT显示右侧肺门偏下增大,双肺下叶片状高密度影、以右侧为著,双侧少量胸腔积液可能性大;腰椎穿刺脑脊液(CSF)呈黄色、浑浊。

病毒宏基因组学检测猪博卡病毒及其遗传进化分析

为了探明导致某养猪场中仔猪腹泻的病原,本试验将患病仔猪样本处理并提取核酸后进行病毒宏基因组测序,对测序结果进行序列比对分析和遗传进化分析,并对样本核酸进行PCR检测验证。结果显示,RNA样本中只注释到A型流感病毒(H1N1和H3N2),读数比为6.8%,未发现其他猪病相关RNA病毒。DNA样本注释到的病毒主要为猪博卡病毒(PBoV),读数比为34.5%,命名为PBoV-SDPD-2022;其余猪病相关病毒包括猪巨细胞病毒、猪乳腺腺病毒和猪细环病毒,读数比均小于1.0%。基于全基因组、NS 1基因和VP 1基因构建的系统发育进化树均显示,PBoV-SDPD-2022与参考毒株PBoV3_VIRES_HuB01_C1处于同一分支,属于PBoV G3群。与21株参考毒株相比,PBoV-SDPD-2022 NS1蛋白的编码基因核苷酸和氨基酸序列同源性分别为49.6%~97.2%和38.5%~95.3%;VP1蛋白的编码基因核苷酸和氨基酸序列同源性分别为47.9%~97.9%和34.8%~98.8%;NP1蛋白的编码基因核苷酸和氨基酸序列同源性分别为35.2%~98.5%和26.9%~97.4%。与G3群参考毒株相比,PBoV-SDPD-2022 NS1蛋白在第654位点处有1个氨基酸的缺失;VP1蛋白在第151、152位点处有2个氨基酸的插入,且包含基序YLGPF(VPl aa 18~22)和HDLAY(VP1 aa 41~45);NP1蛋白在第15、16、35、36、212位点处发生氨基酸的缺失,在第95位点处有1个氨基酸的插入。PCR检测证实样本核酸为PBoV阳性。结果表明,导致该养猪场仔猪腹泻的优势病原是G3群PBoV。本试验有助于进一步了解我国PBoV基因组序列特征,并为未来PBoV流行病学调查提供了参考依据。

宏基因组学检测技术在土壤微生物群落物种及功能多样性研究中的应用

宏基因组学作为一种前沿检测技术,通过高通量测序直接从环境样本中提取DNA,无需培养即可获得微生物群落的全基因组信息.常用的宏基因组测序平台包括Illumina和PacBio,关键的数据分析方法有QIIME和MEGAN,可用于处理和分析大量微生物数据.宏基因组测序技术在微生物群落物种多样性研究中,采用16S rRNA基因测序,并基于Shannon指数和Simpson指数进行多样性分析;在功能基因研究中,通过使用KEGG和COG数据库进行基因注释,并借助PICRUSt等工具进行功能预测和代谢途径分析.宏基因组学检测技术为深入解析土壤微生物群落结构及其生态功能提供了有力支持,并在揭示土壤微生物与环境因子的互作机制方面取得了重要进展.

基于宏基因组学技术解析工业发酵蔬菜中亚硝酸盐形成及降解机理

蔬菜发酵过程中亚硝酸盐形成及降解机制对于控制亚硝酸盐含量,保证发酵蔬菜食用安全性至关重要。该研究利用宏基因组学方法分析了4种工业发酵蔬菜中的微生物群落分布以及功能基因。物种注释结果表明,发酵蔬菜以乳杆菌属(Lactobacillus)、盐单胞菌属(Halomonas)、枝芽孢杆菌属(Virgibacillus)为优势细菌属,以德巴利酵母属(Debaryomyces)、苏吉雅玛酵母属(Sugiyamaella)、毕赤酵母属(Pichia)和舍弗氏酵母属(Scheffersomyces)为优势真菌属。功能基因分析表明,4种工业发酵蔬菜中亚硝酸盐代谢途径包括反硝化作用、异化硝酸盐还原作用和同化硝酸盐还原作用,硝酸盐还原酶、硝基单加氧酶、亚硝酸盐还原酶、一氧化氮还原酶[细胞色素c]、一氧化二氮还原酶、亚硝酸盐还原酶[NADH]、铁氧还蛋白亚硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶[NAD(P)H]是亚硝酸盐代谢过程中起主导作用的酶。微生物与功能基因关联分析表明,费斯莫尔德乳杆菌(Lactobacillus versmoldensis)、咸海鲜盐单胞菌(Halomonas jeotgali)、橙色盐单胞菌(Halomonas lutea)、反硝化盐单胞菌(Halomonas halodenitrificans)、盐反硝化枝芽孢杆菌(Virgibacillus halodenitrificans)等细菌以及米曲霉(Aspergillus oryzae)、尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)等真菌可能参与反硝化作用、异化硝酸盐还原作用,细菌解淀粉嗜盐碱球菌(Natronococcus amylolyticus)和真菌汉逊德巴利酵母(Debaryomyces hansenii)、食腺嘌呤芽生葡萄孢酵母(Blastobotrys adeninivoran)可能参与同化硝酸盐还原作用,从而促进发酵蔬菜中亚硝酸盐的形成与降解。该研究为探究蔬菜自然发酵过程中亚硝酸盐代谢途径、功能基因以及关联微生物信息提供了新的思路,为发酵蔬菜亚硝酸盐调控提供理论依据。

老年重症肺炎不同血糖水平患者痰液宏基因组学与菌群相关性研究

目的研究老年重症肺炎不同血糖水平患者痰液宏基因组学与菌群的相关性。方法将2020年5月~2023年5月于西部战区总医院就诊的158例老年重症肺炎患者作为研究对象,根据入院时血糖水平将患者分为高血糖组(血糖>7.8 mmol/L,n=68)和正常组(血糖为3.9~7.8 mmol/L,n=90)。对所有患者痰液菌群进行宏基因测序,分析患者痰液菌群物种组成。比较高血糖组和正常组痰液菌群Alpha多样性、Beta多样性、菌群丰度、微生物网络和基因功能等方面的差异性。结果高血糖组的Shannon指数、Simpson指数和Bray-Curtis距离分别为2.01±0.63,0.60±0.03和0.52±0.09,均低于正常血糖组的2.67±0.45,0.64±0.05和0.61±0.07,差异具有统计学意义(t=7.681,5.847,7.071,均P<0.001)。在门水平上,高血糖组的厚壁菌门和放线菌门相对丰度分别为32.54%±16.91%和7.58%±4.36%,均低于正常血糖组的58.22%±7.33%和9.80%±3.94%,差异均具有统计学意义(t=12.901,3.349,均P<0.05)。在属水平上,高血糖组的粪杆菌属、小杆菌属和胃瘤菌属相对丰度分别为1.67%±0.72%,0.24%±0.09%和0.29%±0.13%,均低于正常血糖组的28.43%±5.89%,1.02%±0.45%和1.85%±1.34%,肠球菌属相对丰度(32.77%±15.80%)高于正常血糖组(21.46%±6.21%),差异具有统计学意义(t=37.227,14.072,9.559,6.192,均P<0.05)。高血糖组患者的痰液菌群微生物网络更加脆弱。高血糖组相对丰度较高的功能基因是核糖体的结构成分、细胞膜;相对丰度较高的信号通路是糖酵解Ⅰ通路(葡萄糖代谢通路)、糖酵解Ⅱ通路(果糖代谢通路)、甲基赤藓糖醇磷酸Ⅱ通路。结论血糖是影响老年重症肺炎患者痰液菌群多样性的重要因素,不同血糖老年重症肺炎患者的痰液菌群结构差异显著。

宏基因组学技术在中医证候研究中的应用与思考

宏基因组学是一种以微生物群落为研究对象的测序研究技术,通过提取特定环境中所有微生物的基因信息,集合分析微生物群落结构、系统进化、代谢路径、基因功能等方面的特征。目前已广泛地用于多种医学相关的微生物研究领域。将宏基因组学引入中医学的研究中,使中医学与同样强调整体性的现代微观技术有机结合,可以弥补中医学研究过程中缺少微观化指标的不足,具有独特的应用前景。中医证候是中医基础理论与中医临床的桥梁,从宏基因组学的研究方法着手,尝试对其进行现代化的定性定量分析,可以部分揭示中医证候的实质,使中医证候更加规范化、科学化。宏基因组学有整体性、动态性、环境统一性的特点,十分符合中医学中“证候”的一般特征。因此,基于宏基因组学技术的中医证候实质研究不仅有较高的可行性,同时可以为中医辨证论治和方剂配伍等理论研究带来新的方向,为推动中医现代化带来新的契机。

不同日龄非洲鸵鸟空肠微生物宏基因组学检测

采用宏基因组学技术对7日龄组、30日龄组、60日龄组和180日龄组非洲鸵鸟(Struthio camelus)空肠中的微生物进行测序和分析,共获得1 211 981个优化序列以及定义了13 830个OTU,平均每个样本获得154个OTU。结果显示,7日龄组和60日龄组肠道微生物丰富度较高,且组成较相似,30日龄组和180日龄组肠道微生物丰富度较低,菌群组成也与其他日龄有较大差异;门水平上,变形菌门(Proteobacteria)是各日龄空肠微生物中的优势菌门,厚壁菌门(Firmicutes)为第二优势菌门,且随着年龄增长变形菌门的相对丰度呈上升趋势,而厚壁菌门相对丰度呈下降趋势;属水平上,7日龄、30日龄、60日龄和180日龄时的优势菌属分别为不动杆菌属(Acinetobacter)、大肠埃希氏菌-志贺菌属(EscherichiaShigella)、不动杆菌属和假单胞菌属(Pseudomonas);功能预测结果显示,7日龄和30日龄肠道微生物的功能基因在代谢疾病及细菌性疾病等方面的富集程度显著高于60日龄,整体上各日龄微生物的功能基因均在代谢相关的途径上有较高的富集程度。综上可知,在非洲鸵鸟发育的不同阶段,其空肠中微生物的组成结构及功能均存在差异。

消渴丸对糖尿病患者肠道菌群组成的宏基因组学影响

通过宏基因组学研究消渴丸对糖尿病患者肠道菌群组成的影响,探讨消渴丸在肠道菌群的变化及降糖机制中的作用,为临床治疗参考依据。方法 纳入2023年2月至2024年1月收治的8例糖尿病患者与2例健康体检者,糖尿病者4例未服消渴丸,4例服药消渴丸,分析各组血糖与糖化血红蛋白检测结果。用高通量测序及宏基因组学分析用药前后菌群多样性与菌群相对丰度。结果 有糖尿病者的血糖、糖化血红蛋白水平均高于有糖尿病未服消渴丸(P<0.05);消渴丸用药后患者肠菌群变化,其中丰富度呈现升高趋势,而多样性、均匀度呈现降低趋势(P<0.05);应用消渴丸后厚壁菌门相对丰度更高,放线菌门、变性菌门降低(P<0.05)。结论 糖尿病应用消渴丸,用药后样本菌群多样性及相对丰度发生变化,表明调节肠菌群可能是消渴丸发挥降糖作用的机制。

宏基因组学在饲料转化效率中的应用研究及其进展

饲料转化效率是衡量畜禽生长性状的一个重要指标,对养殖效益有很大的影响。随着新时代科学技术的迅猛发展、中国式农业现代化的加快推进,养殖业走向了规模化、标准化、智能化,对畜禽饲料的要求也在逐步提高,由此对饲料转化效率的研究更是在不断深入。作为一项新兴的技术,宏基因组学在动物养殖相关领域有着巨大潜力和发展空间。文章介绍了宏基因组和宏基因组学的概念、研究分类和测序方法,重点阐述了宏基因组学在畜禽饲料转换效率中的应用研究及其进展,展望了宏基因组学在饲料转化效率中的应用前景。

宏基因组学的研究方法进展及应用概述

宏基因组学是以某一特定环境样品中的微生物群体基因组为研究对象,通过提取DNA、构建文库、文库筛选等基本流程来研究微生物多样性、进化关系以及寻找新基因等为研究目的的新的微生物学研究方法,其总体流程包括环境样品总DNA提取、宏基因组文库构建、宏基因组文库筛选三个阶段。宏基因组学做为一个崭新的技术在微生物生态学、生物酶制剂开发以及医学等方面都取得了可喜的成绩。本文将就宏基因组学的概念、技术流程和应用三个方面作简单介绍。

土壤宏基因组学技术及其应用

传统的基于培养的研究方法只能反映土壤中少数(0.1%～10%)微生物的信息,而大部分微生物目前还不能培养,因而这部分微生物资源尚难以被有效地开发利用.宏基因组学是分子生物学技术应用于环境微生物生态学研究而形成的一个新概念,主要技术包括土壤DNA的提取、文库的构建和目标基因克隆的筛选.它可为揭示微生物生态功能及其分子基础提供更全面的遗传信息,并已在微生物新功能基因筛选、活性物质开发和微生物多样性研究等方面取得了显著成果.本文对土壤宏基因组学技术的方法和应用作了详细介绍.

宏基因组学(Metagenomics)的研究现状和发展趋势

随着分子生物学技术的快速发展及其在微生物生态学和环境微生物学研究中的广泛应用,促进了以环境中未培养微生物为研究对象的新兴学科——微生物环境基因组学(又叫宏基因组学、元基因组学,Metagenomics)的产生和快速发展.宏基因组学通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA,构建宏基因组文库,利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能.在短短几年内,宏基因组学研究已渗透到各个领域,包括海洋、土壤、热液口、热泉、人体口腔及胃肠道等,并在医药、替代能源、环境修复、生物技术、农业、生物防御及伦理学等各方面显示了重要的价值.对宏基因组学的主要研究方法、热点内容及发展趋势进行了综述,建议在我国尽快启动有关宏基因组学的研究,从国家层面上开展联合攻关,拓展当前的研究领域,发展相关研究策略和技术,开展广泛的国际合作,使我国在宏基因组学研究领域占据有利地位.

宏基因组学技术分析传统食醋发酵过程微生物多样性

传统食醋具有悠久的历史,生产工艺独特,酿造过程中复杂的微生物群落及其代谢产物赋予了传统食醋独特的风味。采用宏基因组学技术对天津独流老醋醋酸发酵过程中细菌群落组成及其多样性进行分析。结果表明:在醋酸发酵前期细菌具有较高的多样性,主成分分析表明与醋酸发酵过程相关的细菌为乳杆菌属(Lactobacillus)、醋杆菌属(Acetobacter)和念珠藻属(Nostoc)。随着醋酸发酵的进行,醋酸菌的含量呈增加趋势,乳酸菌的丰度降低,在整个醋酸发酵过程中乳酸菌的丰度远远高于其他细菌,说明乳酸菌可能对食醋的风味形成具有重要作用。

土壤宏基因组学研究方法与进展

土壤微生物驱动着土壤中的物质循环和养分转化。在土壤学的研究中,长期将土壤作为一个黑箱系统来对待,对其中的生物组成及其参与的生化过程知之甚少。土壤中绝大部分微生物目前尚难以分离培养,因此基于传统的培养方法对于认识土壤微生物群落组成和功能有其局限性。宏基因组学直接从环境样品中提取全部微生物的DNA,或通过测序探究环境中微生物的群落结构和功能(序列驱动),或构建宏基因组文库,筛选新的基因或生物活性物质(功能驱动),克服了传统培养方法的缺陷,极大地丰富了对土壤微生物多样性及其功能的认知。本文在综述土壤宏基因组学研究基本流程的基础上,重点介绍了日益重要的第二代测序平台在土壤宏基因组学研究中的应用及其产生的海量数据的分析处理方法,并简要探讨了宏基因组学在土壤微生物生态学中的应用。最后,作者建议在国家层面上展开相关土壤宏基因组学研究,调查微生物群落及其变化,为生物资源开发、农业生产和环境保护作出应有的贡献。

基于宏基因组学技术检测全株玉米青贮期间和暴露空气后的微生物多样性

本试验旨在分析全株玉米青贮发酵期间和暴露空气后的发酵品质及微生物多样性,监测其微生物群落组成动态变化。试验分别在3个发酵时期取样,即青贮第5天(F5组)、青贮第40天(F40组)和青贮40 d开袋暴露空气后第3天(A3组),每次取3袋作为3个重复。采用宏基因组学技术,测定全株玉米青贮发酵期间和暴露空气后微生物的16S r DNA V3~V4区序列,比较3个发酵时期样品微生物群落的组成和丰度信息,通过Alpha多样性和主成分分析,考察和比较全株玉米青贮发酵期间和暴露空气后的微生物多样性。结果表明:全株玉米经过40 d的青贮发酵,可使p H及中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量显著下降(P<0.05),乳酸含量显著升高(P<0.05),具有良好的发酵品质和营养价值,且发酵40 d后短时间开袋暴露空气对其发酵品质和营养价值无显著影响(P>0.05)。3组样本通过Illumina Miseq测序平台共获得122 371条高质量有效序列,聚类为239个操作分类单元,经分类学鉴定分属16个门,163个属。在门水平上,厚壁菌门(Firmicutes)始终占优势地位,其丰度在F5、F40和A3组中分别为57.57%、74.65%、78.82%,呈增长趋势。发酵前期(F5组)、发酵后期(F40组)和开袋期(A3组)优势菌属均为乳杆菌属(Lactobacillus),其丰度分别为49.78%、64.46%和45.34%,但在开袋期芽孢乳杆菌属(Sporolactobacillus)的比例上升明显,至28.46%。综上,全株玉米青贮自然发酵升高了产乳酸乳杆菌属的丰度,有利于提高全株玉米青贮的发酵品质,但开袋暴露空气3 d对全株玉米青贮的微生物多样性产生了影响,而通过Miseq高通量测序技术,能够全面了解全株玉米青贮期间和暴露空气后微生物群落组成及丰度上的变化。

基于宏基因组学技术分析不同贮藏条件下鲶鱼片中的菌相变化

【目的】分析鲶鱼肉片贮藏过程中微生物多样性和菌群动态变化,探究天然保鲜剂对鲶鱼肉片菌相及菌落组成的影响。【方法】试验分8组,即新鲜鲶鱼片(CK0);空气包装(air-package,AP)鲶鱼片低温贮藏(4±1)℃第4、7天(AP4和AP7)样品;气调包装(modified atmosphere package,MAP,60%CO_2/40%N_2)鲶鱼片冰温贮藏(-0.7±0.02℃)第10、30天(MAP10和MAP30)样品;添加5%天然保鲜液(由壳聚糖、蜂胶、溶菌酶、Nisin和茶多酚复配而成)MAP鲶鱼片冰温贮藏第10、30和40天(MAPP10、MAPP30和MAPP40)样品。采用宏基因组学技术,测定并分析不同贮藏方式鲶鱼片全部微生物的16S r DNA序列,比较各组菌群的物种组成和丰度信息,通过Alpha多样性分析和主成分分析,考察包装方式、贮藏温度和天然保鲜液对微生物的抑制作用。【结果】8组样品中454焦磷酸测序共鉴定出25个门、433个属的细菌。MAP10、MAPP10、MAPP30中的最优势菌属和CK0一致,均为Actinomyces;而AP4和AP7中的最优势菌分别为Aeromonas(70.49%)和Pseudomonas(59.01%)。从微生物角度来看,MAP+冰温贮藏优于AP+冷藏。随着贮藏时间的延长,气调包装中的Lactococcus丰度由15.78%(MAP10)急剧上升为82.85%(MAP30)。添加天然保鲜液的MAPP10和MAPP30中Lactococcus几乎检测不到。【结论】气调包装协同冰温贮藏显著降低了鲶鱼片中细菌菌群的丰度和多样性,有利于延长鲶鱼肉的保质期。天然保鲜液中的茶多酚、Nisin和壳聚糖等能显著抑制MAP+冰温贮藏的鲶鱼片中的主要腐败菌属Lactococcus的生长繁殖。

宏基因组与宏基因组学

宏基因组学诞生于上世纪90年代,是指不经过微生物培养阶段,采用直接提取环境中总DNA的方法,对微生物基因总和进行研究的一门新学科.宏基因组技术的出现,使得人们对占微生物总体99%以上不可培养微生物的研究成为现实,微生物基因的可探测空间显著增大.总的来说,目前宏基因组技术的应用主要分为两个方面:一方面是筛选功能基因,开发具有所需功能的蛋白;另一方面是通过对宏基因组文库进行分析,探讨在各种环境下微生物间相互作用和微生物与周围环境间相互影响的规律,以便我们能更加客观、全面地认识微生物世界.在宏基因组技术的应用范围被不断扩展的同时,围绕着宏基因组文库的构建和筛选、测序和分析等方面的研究已成为宏基因组学发展的主要推动力,宏基因组技术的进步将不断提升其应用价值.

宏基因组学:土壤微生物研究的新策略

土壤中多数微生物不可培养,这限制了微生物资源的开发利用。宏基因组学方法在开发和利用不可培养微生物资源方面有巨大潜力,可以将其运用到土壤微生物学研究中。对土壤宏基因组DNA的提取、宏基因组文库的构建和筛选等方面的研究现状和进展进行了简要综述。

宏基因组学在食品科学领域的应用研究进展

宏基因组学是一种免培养,能够直接从环境中提取全部微生物基因组DNA,通过构建宏基因组文库并适当筛选,得到目的基因及生物活化物质的新型研究方法,它可以最大限度地挖掘微生物资源,现在愈渐成为微生物研究和开发最重要的课题之一。本文综述了宏基因组学的研究方法及其近几年来在食品科学领域的应用,着重介绍其在酶制剂开发、食品安全卫生、食品发酵群落、生态演化,食品营养和发现新型物质等领域的应用。同时探讨宏基因组学在食品科学领域未来的应用前景。