基于Illumina MiSeq高通量测序的燕麦种带细菌多样性及功能分析

采用高通量测序法,分析7份来自不同地区的燕麦种带细菌群落的细菌丰度、Alpha多样性、Beta多样性和物种组成差异,并采用PICRUSt和FAPROTAX功能预测的方法分析了各种带细菌间的丰度差异。结果显示:1)7份燕麦中共获得5187个细菌可操作分类单元(OTUs),主要归属于33个门、180个目和435个属。2)基于OTUs的丰度及注释信息,7份燕麦种带细菌群落中变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、放线菌门和蓝菌门为优势菌门,立克次氏体目和鞘脂单胞菌目为优势菌目,鞘氨醇单胞菌属、Solibacter和假节杆菌属为优势菌属。3) Alpha多样性和Beta多样性表明不同燕麦品种的细菌群落多样性和群落结构具有较大差异,其中LXY-5具有最大的Alpha多样性。LEFSe分析更进一步显示不同的燕麦品种生物标记的物种不同。4) PICRUSt和FAPROTAX功能预测分析表明,燕麦种带细菌群落主要有代谢、有机系统和人类疾病3个代谢通路,分属于有42个KEGG和24个COG的二级代谢途径;FAPROTAX功能注释后共获得52个生态功能。研究结果为明确燕麦种带细菌多样性及开发新型基因资源提供了理论依据。

Illumina高通量测序技术研究肌少-骨质疏松症与骨质疏松症患者骨组织microRNAs差异表达谱及差异分析

目的采用高通量测序技术筛选“肌少-骨质疏松症”(sarco-osteoporosis,SO)与骨质疏松症(osteoporosis,OP)患者骨组织标本中miRNA差异表达谱,并对差异显著的miRNA进行生物信息分析。方法运用Illumina Hiseq 2500测序技术筛查2017年至2019年期间福建省老年医院SO组与OP组患者的6对骨组织样品中miRNA表达谱;差异显著表达的miRNA运用层次聚类图和火山图分析,并结合基因本体论(GO)富集分析、京都基因与基因组百科全书(KEGG)信号通路分析探讨miRNA参与成肌细胞、成骨细胞增殖和分化的生物过程。结果SO组与OP组进行组间对比,12份骨组织中共鉴定到3064个(P<0.05;log2 Fold Change>0.0)差异表达的miRNAs,其中上调的1432个,下调的1632个,筛选出其中差异表达显著的22个miRNAs︱log2 Fold Change︱≥2且P<0.05包括15个在SO组骨组织中表达上调的miRNAs和7个表达下调的miRNAs;层次聚类图和火山图分析提示,SO和OP骨组织中的miRNA差异表达谱具有统计学意义;GO分析结果显示,miRNA的靶基因富集于成肌细胞与成骨细胞的生物过程,还参与细胞的氧化代谢、增殖和分化以及凋亡等生物过程。KEGG通路分析显示,hsa-miR-382-3p、hsa-miR-27a-5p、hsa-miR-1226-5p、hsa-miR-3934-5p和hsa-miR-451a的靶基因集合显著富集于NF-κB、Wnt、MAPK和P53等信号通路中。结论Illumina高通量测序技术能有效筛查出肌少-骨质疏松症骨组织中差异表达的miRNA;通过分析5个差异显著基因的下游靶基因,并结合分子生物学相关数据库与查阅大量文献发现这些差异miRNA可能参与肌少-骨质疏松症疾病状态下成骨细胞和成肌细胞多种生物活性过程。这一研究结果为后续深入研究miRNA及其靶基因调控机体骨髓间充质干细胞增殖与成骨分化的机制提供了新思路和理论依据。

北艾根际与非根际土壤微生物多样性的高通量测序分析

为研究北艾根际和非根际土壤微生物群落结构和多样性,利用Illumina高通量测序技术对汤阴北艾根际和非根际的土壤样品进行对比分析。结果表明,北艾根际土壤真菌、细菌序列数分别比非根际土壤多16 813条和3 972条,北艾根际土壤微生物的Shannon指数、Chao1指数、Ace指数都大于非根际土壤。从真菌组成分析,2种土壤真菌优势门均为子囊菌门(Ascomycota),主要优势属种类存在较大差异;北艾根际土壤中的优势属是unclassified_Xylariales和柄孢壳菌属(Podospora),非根际土壤中的优势属是unclassified_Dothideomycetes和镰刀菌属(Fusarium);此外,北艾根际土壤中具有特有的球囊菌门(Glomeromycota),而非根际土壤中发现有白蘑科(Tricholomataceae)。从细菌组成分析,2种土壤细菌的优势门均为变形菌门(Proteobacteria),优势属均为鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)。主成分分析表明,土壤微生物多样性及其丰富度受北艾的种植作用影响较大,北艾根际土壤微生物群落结构与非根际土壤存在一定差异,其多样性和丰富度大于非根际土壤。

多效唑对热区土壤细菌和真菌的影响及网络互作分析

植物生长调节剂多效唑在农业上使用广泛,有研究表明常年大量的施用多效唑不仅会影响作物生长,也会对土壤微生物多样性和群落结构带来一定的影响,但是关于多效唑影响热区土壤微生物的多样性和群落结构的研究鲜有报道。本文研究了多效唑在热区土壤中降解速率变化,发现热区土壤多效唑的初始施用浓度越高,则其降解速率越快。施药150d后,3和30mg/kg多效唑在土壤中的降解率分别达到63.84%和90.83%。通过高通量测序技术研究了不同浓度的多效唑原药对土壤微生物多样性及群落结构的影响,进一步构建微生物共现网络进行综合分析,发现多效唑改变了土壤细菌和真菌群落组成,随着多效唑施用时间的延长,绿弯菌门和壶菌门的相对丰度先增加后降低,酸杆菌门的相对丰度先降低后增加。施用多效唑显著降低土壤细菌多样性,促进土壤真菌丰富度的增加。网络分析结果表明,多效唑处理降低细菌和真菌互作网络的复杂度,对细菌和真菌互作产生一定影响,其影响随着施药时间的延长而逐渐减小。本项研究为在热区农业生产中合理施用多效唑提供了一定的科学依据。

应用高通量测序DNA甲基化差异体液识别研究

目的通过检测和分析DNA甲基化差异的方法识别三种法庭科学犯罪现场常见体液(唾液斑、精液斑、血液斑)细胞来源。方法利用亚硫酸氢盐法对唾液斑、精液斑、血液斑的DNA样品进行甲基化处理,对由文献[1]和实验过程中筛选得到的甲基化位点进行illumina高通量测序,检测三种体液斑中细胞DNA的甲基化程度,并通过BP神经网络分析每一个位点的甲基化程度与细胞来源的关系及全部检测位点的甲基化程度联合与细胞来源的关系。结果运用BP神经网络对35份样品的73个位点的甲基化程度进行训练和预测,可以将唾液、精液、血液三种来源的DNA样本分开,其准确率达到77.3%。其中精细胞在L81528位点中表现为高甲基化,唾液和血液表现为低甲基化,可将精细胞准确鉴别出来。结论本研究建立的高通量测序分析DNA甲基化差异的方法可通过增加检测位点和样品数量进一步提高识别体液细胞来源的准确率。

复合垂直流人工湿地基质理化性质对nirS和nirK型反硝化菌多样性的影响

深入研究复合垂直流人工湿地基质理化性质及其对相关脱氮反硝化微生物的影响,可为解析人工湿地污水处理及提高脱氮效率提供理论依据。2020年12月采集贵州喀斯特地区复合垂直流人工湿地4口池(一级垂直流下行池、一级垂直流上行池、二级垂直流下行池、二级垂直流上行池)的基质样品,用Illumina高通量测序技术获得反硝化功能基因序列,分析其种群组成和多样性特征,并采用冗余分析揭示反硝化菌群落与基质理化性质之间的相关性。结果表明,复合垂直流人工湿地中4口池的基质理化性质存在显著差异;pH在4口池中均呈中性,溶解氧(DO)呈先下降后升高趋势,下行池的基质电导率(EC)均比上行池要高;总氮(TN)、总磷(TP)含量随着人工湿地梯级呈显著下降趋势,未出现厌氧现象;NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N含量在二级垂直流下行池中大量积累并达到峰值。在多样性分析中,nirS、nirK型反硝化菌丰度随着人工湿地梯级呈先降低后升高的趋势,多样性随人工湿地级数逐渐降低,且下行池丰度多样性显著高于上行池。基质中nirS型反硝化菌共5门9属,nirS型为6门14属,变形菌门是nirS、nirK型反硝化菌群的共同优势菌门,相对丰度为55.36%~65.72%、30.06%~45.66%。nirS、nirK型反硝化菌共有OTUs数分别为392、245,并与反硝化菌群OTUs数目趋势一致,从多角度表明nirS型反硝化菌群丰度明显高于nirK型,且共有OTUs占有率高达41.6%和41.7%,表明各级池中反硝化菌群相似度较高。冗余分析表明基质中nirS和nirK反硝化菌群的构建主要受pH、NH4+-N、DO、TP、TN影响,且nirS型对pH、nirK型对NH4+-N的响应更为强烈。

4个不同苯甲醇含量茶树品种的转录组分析

香气是茶叶品质决定因子之一,苯甲醇作为一种芳香族醇,参与茶叶香气物质形成。本研究选用4个苯甲醇含量不同的茶树品种,分别是‘薮北’(苯甲醇含量低)、‘湘妃翠’、‘牛皮茶’(苯甲醇含量中等)和‘铁香茗’(苯甲醇含量高),通过Illumina Hiseq^TM2000高通量测序技术对上述4种茶树一芽二叶的转录组进行测序,通过Blast搜索比对,共有151 198条Unigene获得了基因注释。4种茶树在新陈代谢路径中注释的基因数最多,其中次生代谢物生物合成和萜类和聚酮化合物代谢途径可能与茶树苯甲醇合成有关,通过对4种茶树样品的Unigene与NR数据库比对,发现5条可能编码茶树苯甲醇合成途径的关键酶β-葡萄糖苷酶基因,这些相关研究为分析茶树香气功能基因提供理论指导,为香气相关候选基因的发掘提供重要依据。

石家庄市春季景观水体nirS型反硝化细菌群落特征分析

选取石家庄市主城区4个典型景观水体作为研究对象,在对水体水质特征分析的基础上,运用Illumina高通量测序技术对景观水体中的nir S型反硝化细菌种群结构和多样性进行测定,探究春季景观水体水质与nir S型反硝化细菌群落的相互关系.结果表明,4个景观水体中氮素含量为4.43~13.83 mg·L^-1,氮素污染较严重;基于三维荧光光谱的特征指数分析,4个景观水体均呈现出较强的自生源及弱腐殖质特征;Illumina高通量测序结果表明,不同景观水体中nir S型反硝化细菌大多为变形菌门,在优势菌属上差异显著;unclassified_Bacteria(53.52%)、假单胞菌(Pseudomonas)(60.48%)和红杆菌属(Rhodobacter)(46.94%)分别为裕西、水上和长安公园水体中的优势菌属,unclassified_Bacteria(36.19%)和unclassified_Proteobacteria(23.44%)为世纪公园水体中的优势菌属;冗余分析(RDA)结果表明,裕西公园反硝化细菌主要受硝氮、总氮和溶解氧的影响,水上公园反硝化细菌受总磷的影响较大,长安公园反硝化细菌主要受氨氮和亚硝氮的影响,世纪公园反硝化受总磷、亚硝氮和氨氮的影响较大.综上表明,春季不同景观水体的水质以及nir S型反硝化细菌的群落结构差异显著,通过开展景观水体水质、反硝化群落以及影响因素的研究,有助于对城市水系的水质特征以及反硝化群落结构的认识,对基于该水质特征的高效反硝化菌剂的研发具有指导意义.

李家河水库春季分层期nirS型反硝化菌群特征分析

为探究水源水库春季分层期(3~5月)nirS型反硝化细菌群落结构组成及其与水质的关系,以李家河水库为例,采用原位监测耦合Illumina高通量测序技术,分析了水体水质及反硝化细菌群落相对丰度及结构特征.结果表明:(1)通过高通量测序,鉴定为4门13属,优势菌门为变形菌门(Proteobacteria),相对丰度在52.5%~70.6%,时间尺度总体呈降低趋势(P<0.05),空间尺度上表层和中层高于底层(P<0.05),表层与中层无差异(P>0.05);识别出具有反硝化功能细菌8属,其中优势菌属(相对丰度>1%)为脱氯单胞菌属(Dechloromonas)和假单胞菌属(Pseudomonas),脱氯单胞菌属相对丰度在时间上呈先降低后升高的趋势,假单胞菌属在时间上呈先升高后降低的趋势,此2属在空间上无差异(P>0.05);细菌多样性及丰富度变化基本一致,时间上呈先升高后减低的趋势,空间上随深度逐渐升高;(2)本研究期间水库水体ρ(总氮)为2.35~2.91 mg·L^(-1),氮素污染较为严重,3月和4月垂向水体总氮基本一致且呈降低趋势,5月ρ(总氮)高于3月和4月且表层最高;(3)冗余分析(RDA)表明,主要驱动因素为水温、溶解氧、硝氮和氨氮,且氨氮与脱氯单胞菌属呈明显负相关.综上,通过对水源水库nirS型反硝化群落以及其影响因素的研究,有助于解析微污染水源水库反硝化细菌的群落变化特征,可对未来水源水体氮污染生物修复提供理论研究依据.

南亚热带典型乡土阔叶人工林与天然次生林土壤细菌群落结构和多样性的相异性

【目的】探讨乡土阔叶人工林与天然次生林土壤细菌群落特征的差异及其调控的土壤环境因子,为优化和改造现有人工林向近自然林转换的经营策略提供土壤微生物学方面的科学依据。【方法】以红锥(Castanopsis hicklii,CHP)、火力楠(Michelia macclurei,MLP)和米老排(Mytilaria laosensis,PSF)等3个南亚热带典型乡土阔叶人工林及天然次生林(Primary secondary forest,PSF)为对象,对各林分0~20、20~40和40~60 cm等3个土壤层次的样品进行高通量测序和土壤理化性质测定,探讨了土壤细菌群落结构、Alpha多样性、分子生态网络结构对不同林分的响应。【结果】①天然次生林和乡土阔叶人工林的土壤细菌群落结构差异显著,且天然次生林比乡土阔叶人工林拥有较高的土壤细菌Alpha多样性和网络结构复杂性。②土壤pH、含水量、NO_(3)^(−)-N和速效磷是导致乡土阔叶人工林与天然次生林土壤细菌群落结构、Alpha多样性和网络结构复杂性存在差异的主要影响因子。【结论】基于土壤细菌群落结构和多样性的视角,在保护好现有天然林、天然次生林的同时,提倡营造模仿天然次生林的多阔叶树种混交林,可以提升土壤细菌多样性和网络结构复杂性,从而促使该地区人工林土壤生态功能得到充分和可持续发展。

ALA对低温胁迫下2个茶树品种的转录组的影响

低温是近年来影响茶叶产量和品质的重要因素之一,外源5-氨基乙酰丙酸(ALA)可缓解不同耐寒性品种茶树.其低温胁迫的分子机制仍不清楚。本研究选用耐寒品种‘陕茶1号'和冷敏感品种‘金牡丹'为试验材料,取冷胁迫条件下和ALA预处理后再经过冷胁迫两种处理的茶树一芽二叶,通过Illumina Hiseq^TM2000高通量测序技术对不同处理下两品种转录组进行测序,分析耐寒品种‘陕茶1号'和冷敏感品种‘金牡丹'低温胁迫差异表达。冷胁迫下,两茶树品种均通过细胞膜组成成分相关基因表达调控、脱落酸响应、缺水响应、序列特异性DNA结合转录因子响应等表现出迅速感知和传递胁迫信号的机制,其中,耐寒品种‘陕茶1号'光合作用受抑制显著,而冷敏感品种‘金牡丹’中参与防御反应和细胞壁修饰的质外体、细胞核、细胞壁相关功能基因表达显著富集。转录组数据分析表明,ALA对两种茶树品种的提高耐寒性均有一-定作用。在ALA预处理后冷胁迫下,耐寒茶树品种‘陕茶1号'中参与类黄酮代谢、植物激素信号转导相关代谢途径相关基因被诱导表达,冷敏感品种‘金牡丹'中参与氧化还原过程相关基因被诱导表达。这些研究结果为分析茶树耐寒相关代谢途径及分子调控机制提供理论依据。