整合宏组学方法研究番茄与玉米秸秆共堆肥生境中的关键微生物及其功能

【目的】探究番茄秸秆与玉米秸秆共堆肥发酵过程中的关键微生物及其功能,以进一步加速其发酵进程。【方法】以番茄秸秆和玉米秸秆为原料,二者按质量比3∶1混合进行条垛式堆肥,每周采集发酵堆20~50 cm深度样品检测木质纤维素酶活力的变化,以酶活力最高时期的代表性样品为研究对象,对其进行高通量焦磷酸测序和Orbitrap宏蛋白质组学研究。【结果】多数真菌隶属于子囊菌门Ascomycota,其中嗜热丝孢菌Thermomyces的相对丰度最高,约占真菌全部序列的70.5%,该属真菌主要分泌内切-1,4-β-木聚糖酶,是主要的半纤维素降解真菌。主要细菌为放线菌门Actinobacteria、变形菌门Proteobacteria和厚壁菌门Firmicutes,三者共占细菌总序列数的87.0%。其中,嗜热裂孢菌属Thermobifida和糖单孢菌属Saccharomonospora是主要的放线菌属,其相对丰度分别占全部细菌序列的16.5%和1.36%。Thermobifida是唯一的纤维素降解菌,鉴定到4种内切纤维素酶组分和3种外切纤维素酶组分;同时产生一种果胶裂解酶和一种β-木聚糖酶。Saccharomonospora分别产生一种β-木聚糖酶、两种丝氨酸蛋白酶和两种胰蛋白酶,在半纤维素的降解和蛋白质降解方面发挥重要作用。Idiomarina是变形菌门下的主要细菌属,平均相对丰度15.6%,主要参与蛋白质的降解。而厚壁菌门下的清野氏菌属Planifilum虽基因丰度不高(仅为1.23%),但却在半纤维素的降解过程中发挥重要作用。【结论】将高通量焦磷酸测序和Orbitrap宏蛋白质组学结合的整合宏组学方法在探明复杂生境中关键微生物的群落结构及功能方面具有可行性。

基于整合宏组学技术认识腐生生境功能微生物区系

微生物区系在天然生境中分布广泛,利用传统纯培养等方法无法全面认识其分布和功能,因此被认为是地球上的"暗物质"。随着新一代测序技术与高分辨率质谱技术的快速发展,研究者可以在非培养条件下全面快速分析天然生境中微生物组及其动态变化,这开启了微生物组时代,使得研究地球上"暗物质"成为可能,从而改变了微生物学研究的现状。腐生生境作为生物地球化学循环的重要推动部分,因其高效降解转化有机废弃物能力而被广泛关注。腐生生境由于原料多变、环境复杂等原因未能被全面深入研究,而整合宏组学技术则为解析相关生境微生物区系的多样性及其功能动态演替规律奠定了技术基础。基于整合宏组学数据分析与环境参数的优化,可以在认识微生物组及其功能的动态水平上,针对复杂物料建立高效降解转化的绿色转化工艺,促进农牧业废弃物无害化和资源化利用进程。