基于高通量培养分析稻虾共作模式土壤的细菌群落

高通量测序技术的发展发现并鉴定了土壤微生物的未培养物种,然而,仅依赖非培养的高通量测序无法获得发挥关键功能的微生物培养物,限制了对其功能的验证及其应用,这对关键功能微生物的机理性研究和应用具有一定的局限性.本研究以稻虾共作和水稻单作两种稻作模式的土壤样品为研究对象,分别对比了传统平板涂布、96孔培养板划线分离以及将非培养和培养法相结合的——“96孔高通量培养法”3种方法的土壤细菌分类差异、菌群多样性、组成特异性以及细菌功能特征.结果表明,相对于传统涂布培养法,96孔高通量培养法所获取的细菌数量高约5倍,能鉴定到属的培养物高约4倍,预测功能鉴定提高约2倍.由此可见,“96孔高通量培养法”大大提高了对土壤细菌培养物的获取和鉴定率.本研究弥补了传统培养法的获得率低的不足,拓宽了高通量培养技术的应用领域,同时,也为进一步揭示稻虾共作模式参与土壤生态变化过程的微生物机制提供研究基础.     

用于Roche/454高通量测序的12个多重标签转录组文库的构建

利用第二代测序技术测定海洋生物转录组已成为揭示海洋生物分子生物学机制的重要工具.以长度为10 nt的不同多重标签(multiplex identifier)进行区分,构建了 杂色鲍(Haliotis diversicolor)、僧帽牡蛎(Saccostrea cucullata)和亚心形扁藻(Platymonas subcordi ormis)3种海洋生物的12个多重标签转录组文库.以合适的比例对各文库进行混合,利用定量PCR、Qubit和NanoDrop-1000等3种DNA浓度测定方法测定每个多重标签转录组文库的DNA浓度,3种方法的数值均一化并加权平均后,按照预定比例混合.为评估文库质量,先采用传统的Sanger测序测定了混合文库的192条序列,发现191条序列具有符合Roche/454高通量测序要求的AB格式,即一端为454A序列,另一端为454B序列;其中189条序列能分辨出其带有的多重标签;插入的平均长度为348 bp.然后通过Roche/454的滴定测序获得了34642条序列,其中32872条序列(94.9％)能分辨出其带有的多重标签,能够精确地分配到12个转录组,并且利用滴定测序结果计算出每个转录组文库的真实比例,对定量PCR、Qubit和NanoDrop-1000进行了评估,结果表明定量PCR是相对准确的定量方法.以上的评估表明所建立的转录组文库构建方法是稳定可靠的,可以广泛应用于转录组学研究.     

奥狄氏括约肌松弛胆结石患者的胆汁细菌多样性

为临床治疗奥狄氏括约肌松弛(the Sphincter of Oddi laxity,SOL)患者胆结石复发寻找依据,本文研究了患有SOL的胆结石患者的胆汁细菌组成和多样性.分析了SOL与非SOL胆结石患者术前肝功、肾功和血常规等临床指标差异,基于Illumina MiSeq平台对患者胆汁细菌进行16SrRNA基因高通量测序.结果发现,SOL患者的总胆红素(TBIL)、直接胆红素(DBIL)、间接胆红素(IBIL)水平显著高于非SOL患者,而腺苷脱氨酶(ADA)则显著低于后者(P 0.05).两组患者之间胆汁细菌α多样性指数除均匀度外无显著差异(P0.05);Wilcoxon秩和检验显示SOL患者胆汁中细菌丰度前四的菌门依次为变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidete),其中变形菌门、肠球菌属(Enterococcus)和Lachnoclostridiums属细菌在SOL患者胆汁中含量显著高于非SOL患者(P0.05),而SOL患者中其他优势菌属如克雷伯菌(Klebsiella)、马赛菌属(Massilia)和假单胞杆菌(Pseudomonas)丰度则无显著增高(P0.05).因此,SOL患者的部分临床指标如胆红素、ADA水平和胆汁细菌组成与非SOL患者存在显著差异,这为临床治疗SOL患者胆结石复发提供相关依据.     

基于转录组高通量测序分析白光对杜仲愈伤组织中绿原酸含量的影响

利用Illumina HiSeq 2500平台对光暗培养的杜仲愈伤组织进行了转录组高通量测序,利用BLAST软件进行差异表达基因的功能注释和富集分析,就白光(光强为12 000 lux,16 h 光照,8 h 黑暗)对杜仲愈伤组织中绿原酸含量的影响进行了研究.结果表明:通过Trinity软件合并组装后共获得62 030个Unigenes,通过BLASTX比对,共获得25 417(40.98%)个有注释信息的Unigenes.通过对KEGG通路进行深入分析表明,白光(光强为12 000 lux,16 h 光照,8 h 黑暗)培养杜仲愈伤组织18 d,与绿原酸合成相关的3种酶基因上调表达,它们分别为苯丙氨酸解氨酶(EC 4.3.1.24,phenylalanine ammonia-lyase,PAL)、肉桂酸-4-羟基化酶(EC 1.14.13.11,trans-cinnamate 4-monooxygenase,C4H)、奎宁酸羟基肉桂酰转移酶(EC 2.3.1.133,Shikimate o-hydroxyl-cinnamoyltransferase,HCT).由此推断,白光能促进杜仲愈伤组织中绿原酸的积累.研究结果为获取高产绿原酸资源和杜仲遗传分析提供有价值的资料.     

合成微生物群落的构建与应用

自然界中微生物群落的生态网络结构非常复杂,并且难以进行可重复、可控的扰动实验.在实验室里通过"自下而上"的方式构建起来的合成群落具有适中的复杂度和较高的可控性,可以作为数学模型和复杂生态系统研究之间的桥梁.合成微生物群落的研究方法遵循"设计-构建-测试-学习"为核心的合成生物学理念,以人工设计和构建的群落为实验对象,结合定量模型和基因组测序等组学技术,探索微生物生态学的基本规律.在应用方面,基于合成群落的研究对于如何控制和改造复杂的微生物生态系统具有重要的指导意义,目标是通过构建具有可控功能和稳定性的微生物群落来解决人体健康、农业和工业生产、环境治理等重要问题.     

自动化合成生物技术与工程化设施平台

合成生物学采用工程化设计理念,对生物体进行有目标的设计、改造,甚至从头合成具有特定功能的"人造生命",用于探索生命活动规律和进行生物技术创新.由于生命系统高度复杂,人工设计的合成生命体很难完全按照预期工作,往往需要长时间的反复调谐.目前,"试错"过程主要依靠研究者手动完成,存在通量低、重复性差、迭代慢等局限.针对这一难题,自动化合成生物技术通过低成本、多循环地完成海量工程试错性实验,提高研究通量和效率,大幅增加实验设计的复杂度和系统性,从而快速实现特定功能,揭示人工生命体的设计原理.近年来,在合成生物学"设计-构建-测试-学习"的各个研究环节,自动化技术正在以前所未有的速度加速发展.与此对应,在全球范围内已建成或在建多个大型工程化平台,用于支撑相关研究和应用.本文旨在对自动合成生物技术的关键要素进行总结,并对合成生物研究基础设施的发展情况和未来方向进行讨论.     

氮添加与凋落物管理对华北落叶松人工林土壤真菌群落的短期影响

以阴山山地华北落叶松人工林为研究对象,开展氮添加和凋落物管理试验,利用高通量测序技术,研究不同措施对表层土壤(0～10 cm)真菌群落组成、多样性和功能的短期影响,并对二者交互作用进行探讨。结果表明:氮添加和凋落物管理显著增加子囊菌门相对丰度,降低担子菌门相对丰度。氮添加显著增加糙缘腺革菌属相对丰度,高氮最大,为10.15%;凋落物管理显著增加猪块菌属、马鞍菌属和被孢霉菌属相对丰度,均堆积最大,分别为11.03%、13.57%和6.36%。两种处理方式均显著提高土壤真菌Shannon指数和Simpson指数,分别高氮、搅拌最大,结果为6.41、5.77和0.96、0.94。氮添加和凋落物管理显著降低共生营养型真菌相对丰度。土壤pH和硝态氮含量是影响土壤真菌群落的主要因子。高氮搅拌土壤有效磷、速效钾、硝态氮含量以及真菌OTU(operational taxonomic units)数目、Alpha多样性指数、腐生营养型真菌相对丰度均最大,对促进凋落物分解,维持地力平衡具有重要作用。     

用18SrRNA高通量测序分析马岭河生物多样性

用18S高通量测序技术于2022年5月对兴义市马岭河上、中、下游3个地点进行真核浮游生物的调查。调查得到样本涵盖真核浮游生物17个门,116种。其中,优势物种为绿藻。通过分析浮游生物群落、优势种、浮游生物丰度、多样性指数和均匀度指数,评价马岭河的水质状况,为研究喀斯特水体中生物多样性奠定基础。     

微流控技术在生物膜研究中的应用

生物膜是由细菌及其分泌的胞外聚合物组成的微生物簇.目前,生物膜培养和研究多采用静态培养平台（如培养皿和孔板）,这种方式缺乏精准模拟理化微环境、高通量以及原位分析细菌行为的能力.近年来,微流控技术作为一种在微米尺度处理和操纵流体的新技术,在生物膜研究中的应用不断增加,且取得了一系列突破性进展.文章系统综述了最新的基于微流控技术的生物膜研究成果,总结并展望了微流控技术辅助生物膜研究的优缺点及未来方向,以期为全面了解和拓展微流控技术在生物膜研究中的应用提供帮助.