首页 > 微生物多样性/宏基因组 > 高通量检测 > 特定功能微生物多样性分析

特定功能微生物多样性分析

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,功能微生物常常参与特定的地球化学循环,常见的有碳循环、氮循环、甲烷循环、硫循环等。常见的功能微生物有氨氧化细菌、氨氧化古菌、硝化细菌、固氮微生物、产甲烷菌、硫酸盐还原菌等。

支配这些功能微生物发挥重要功能的基因被称为功能基因,如amoA、dsrB、nxrA、nirK、mcrA、pmoA。目前微基生物已经完成了几十种功能基因的检测,具有成熟的检测技术和分析经验。

 氮循环

氮是生命体核酸与蛋白质必不可少的组成元素。氮素的生物地球化学循环是土壤物质循环的重要组成部分,不仅影响土壤质量以及农田等环境系统的生产力和可持续性,还会影响全球环境变化。氮循环是指氮气、无机氮化合物、有机氮化合物在自然界中相互转化过程的总称,包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用等。在不同的过程中,不同的功能基因起着不同的左右,常见的氮循环功能基因如下表所示:

微生物名称

基因名称

编码蛋白质

催化途径

在碳循环中的作用

固碳微生物

cbbL

固碳酶 RubisCO

CO2àCH2O

固碳作用

 

cbbM

 

 

 

产甲烷菌

mcrA

甲基辅酶M还原酶基因

CH2OàCH4

甲烷产生

甲烷氧化菌

pmoA

甲烷单加氧酶基因

CH4àCO2

甲烷氧化

 碳循环

 结果展示

碳是生命物质的主要元素之一,是有机质的重要组成部分。碳元素在大气、陆地、海洋等各大碳库之间不断循环变化。在大气中,碳主要以CO2和CH4等气体形式存在,在水中主要为碳酸根离子,在岩石圈中是碳酸盐岩石和沉积物的主要成分,在陆地中则以各种有机物或无机物形式存在于植被和土壤中。碳循环中的主要功能基因如下表所示:

基因名称

编码蛋白质

催化途径

在氮循环中作用

nifH

固氮酶铁蛋白

N2–>NH4+

固氮作用

amoA

氨单加氧酶

NH4+–> NO2

硝化作用

nxrA

亚硝酸盐氧化酶

NO2–> NO3

硝化作用

narG

膜靠硝酸盐还原酶

NO3–> NO2

反硝化作用

napA

可溶性细胞质硝酸盐还原酶

NO3–> NO2

反硝化作用

nirK

含铜离子的亚硝酸盐还原酶

NO2–> NO

反硝化作用

nirS

含细胞色素cd1亚硝酸盐还原酶

NO2–> NO

反硝化作用

norB

NO 还原酶

NO–> N2O

反硝化作用

nosZ

N2O还原酶

N2O –> N2

反硝化作用

 硫循环

硫是自然界中最丰富的元素之一,它以不同形式存在,这些不同形式的硫在微生物作用下,可以相互转化,构成了硫的地球化学循环。
微生物在硫循环过程中的作用途径主要有3条,1)是含硫有机物的脱硫作用,2)还原性无机硫的氧化作用力,3)硫酸盐的还原作用。其中硫酸盐还原菌(SRB)和硫氧化菌(SOB)是推动硫循环的重用微生物。常见的硫循环相关的功能基因有:

土壤硫循环中主要功能基因列表

微生物名称

基因名称

编码蛋白质

催化途径

在硫循环中的作用

硫酸盐还原菌

dsrA

异化型亚硫酸盐还原酶

硫酸盐à硫化氢

还原作用

硫酸盐还原菌

dsrB

异化型亚硫酸盐还原酶

硫酸盐à硫化氢

还原作用

硫氧化菌

soxB

 

硫化物à硫酸

氧化作用

 其他功能基因

功能微生物在自然界中积极的参与着地球化学循环。除了常见的碳循环、氮循环、硫循环功能微生物外,还有一些其他功能微生物起着重要的作用,比如参与磷循环微生物、厌氧氨氧化微生物等等。

微基生物积累了丰富的功能微生物检测经验,如果你有其他的功能基因要检测,可以把功能基因文献或引物发给我们,我们进行评估检测。

 检测类型:

土壤、淤泥、水体等。

 检测方法:

二代高通量测序、实时荧光定量PCR。

 样本采集耗材:

为客户提供样本采集保存耗材,包括土壤样本常温保存液、取样勺和保存管。

 送样要求:

土壤每样本需1g,新鲜取样,冻存于-80℃,保存期间切忌反复冻融,送样时请使用干冰运输;
若采用常温采集保存耗材,常温寄送即可。
海水、湖水等水样建议一个样本取500-1000ml,过滤0.22um滤膜,把滤膜放入无菌管,-80℃保存,干冰寄送。
如果是污水等,建议一个样本取50-100ml,将样本放入无菌管中,-80℃保存,干冰寄送。
如一个样本检测多个功能基因,取样量建议咨询技术支持。

 技术路线:

技术路线

 生物信息分析流程

生物信息分析流程

 客户发表文献:

1:Hailu Wu, Xinze Wang, Xiaojuan He, et al. Effects of root exudates on denitrifier gene abundance, community structure and activity in a micro-polluted constructed wetland. Science of the Total Environment. 2017, 89:697-703.

2:Hailu Wu, Xinze Wang and XIaojun He. Effects of Selected Root Exudate Components on Nitrogen Removal and Development of Denitrifying Bacteria in Constructed Wetlands. Water. 2017, 9.

3: Congyan Wang, Jiawei Zhou, Jun Liu, et al. Responses of soil N-fixing bacteria communities to Amaranthus retroflexus invasion under different forms of N deposition. Agriculture, Ecosystems and Environment. 2017, 247: 329-336.

4:Congyan Wang, Kun Jiang, Jiawei Zhou, et al. Solidago canadensis invasion affects soil N-fixing bacterial communities in heterogeneous landscapes in urban ecosystems in East China. Science of The Total Environment. 2018,631: 702-713.

5:Cai Hui, Xiaoxiao Guo, Pengfei Sun, et al. Depth-specific distribution and diversity of nitrite-dependent anaerobic ammonium and methane-oxidizing bacteria in upland-cropping soil under different fertilizer treatments. Applied Soil Ecology. 2017, 113:117-126.

6:Xiaoming Lu, Pengzhen Lu and Ke Yang. Restoration using Azolla imbricata increases nitrogen functional bacterial groups and genes in soil. Applied Microbiology and Biotechnology. 2017,101: 3849-3859.

7: Sijie Wu, Ruili Li, Shuguang Xie, et al. Depth-related change of sulfate-reducing bacteria community in mangrove sediments: The influence of heavy metal contamination. Marine Pollution Bulletin.2019, 140:443-450.

8: Shuquan Peng, Fan Wang, Xibing Li, et al. A microbial method for improving salt swelling behavior of sulfate saline soil by an experimental study. Alexandria Engineering Journal. 2019, 58:1353-1366.