特定功能微生物多樣性分析

在自然界的各類環(huán)境中，都有微生物的存在，它們在各自的“崗位”上都發(fā)揮著或大或小、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們的廣泛關注，這些具有特殊功能的微生物叫做功能微生物，功能微生物常常參與特定的地球化學循環(huán)，常見的有碳循環(huán)、氮循環(huán)、甲烷循環(huán)、硫循環(huán)等。常見的功能微生物有氨氧化細菌、氨氧化古菌、硝化細菌、固氮微生物、產甲烷菌、硫酸鹽還原菌等。

支配這些功能微生物發(fā)揮重要功能的基因被稱為功能基因，如amoA、dsrB、nxrA、nirK、mcrA、pmoA。目前微基生物已經(jīng)完成了幾十種功能基因的檢測，具有成熟的檢測技術和分析經(jīng)驗。

 氮循環(huán)

氮是生命體核酸與蛋白質必不可少的組成元素。氮素的生物地球化學循環(huán)是土壤物質循環(huán)的重要組成部分，不僅影響土壤質量以及農田等環(huán)境系統(tǒng)的生產力和可持續(xù)性，還會影響全球環(huán)境變化。氮循環(huán)是指氮氣、無機氮化合物、有機氮化合物在自然界中相互轉化過程的總稱，包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用等。在不同的過程中，不同的功能基因起著不同的左右，常見的氮循環(huán)功能基因如下表所示：

基因名稱	編碼蛋白質	催化途徑	在氮循環(huán)中作用
nifH	固氮酶鐵蛋白	N2–>NH4+	固氮作用
amoA	氨單加氧酶	NH4+–> NO2–	硝化作用
nxrA	亞硝酸鹽氧化酶	NO2––> NO3–	硝化作用
narG	膜靠硝酸鹽還原酶	NO3––> NO2–	反硝化作用
napA	可溶性細胞質硝酸鹽還原酶	NO3––> NO2–	反硝化作用
nirK	含銅離子的亞硝酸鹽還原酶	NO2––> NO–	反硝化作用
nirS	含細胞色素cd1亞硝酸鹽還原酶	NO2––> NO–	反硝化作用
norB	NO 還原酶	NO–> N2O	反硝化作用
nosZ	N2O還原酶	N2O –> N2	反硝化作用

 碳循環(huán)

 結果展示

碳是生命物質的主要元素之一，是有機質的重要組成部分。碳元素在大氣、陸地、海洋等各大碳庫之間不斷循環(huán)變化。在大氣中，碳主要以CO2和CH4等氣體形式存在，在水中主要為碳酸根離子，在巖石圈中是碳酸鹽巖石和沉積物的主要成分，在陸地中則以各種有機物或無機物形式存在于植被和土壤中。碳循環(huán)中的主要功能基因如下表所示：

微生物名稱	基因名稱	編碼蛋白質	催化途徑	在碳循環(huán)中的作用
固碳微生物	cbbL	固碳酶 RubisCO	CO2àCH2O	固碳作用
	cbbM
產甲烷菌	mcrA	甲基輔酶M還原酶基因	CH2OàCH4	甲烷產生
甲烷氧化菌	pmoA	甲烷單加氧酶基因	CH4àCO2	甲烷氧化

 硫循環(huán)

硫是自然界中最豐富的元素之一，它以不同形式存在，這些不同形式的硫在微生物作用下，可以相互轉化，構成了硫的地球化學循環(huán)。
微生物在硫循環(huán)過程中的作用途徑主要有3條，1）是含硫有機物的脫硫作用，2）還原性無機硫的氧化作用力，3）硫酸鹽的還原作用。其中硫酸鹽還原菌（SRB）和硫氧化菌（SOB）是推動硫循環(huán)的重用微生物。常見的硫循環(huán)相關的功能基因有：

土壤硫循環(huán)中主要功能基因列表

微生物名稱	基因名稱	編碼蛋白質	催化途徑	在硫循環(huán)中的作用
硫酸鹽還原菌	dsrA	異化型亞硫酸鹽還原酶	硫酸鹽à硫化氫	還原作用
硫酸鹽還原菌	dsrB	異化型亞硫酸鹽還原酶	硫酸鹽à硫化氫	還原作用
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積極的參與著地球化學循環(huán)。除了常見的碳循環(huán)、氮循環(huán)、硫循環(huán)功能微生物外，還有一些其他功能微生物起著重要的作用，比如參與磷循環(huán)微生物、厭氧氨氧化微生物等等。

微基生物積累了豐富的功能微生物檢測經(jīng)驗，如果你有其他的功能基因要檢測，可以把功能基因文獻或引物發(fā)給我們，我們進行評估檢測。

 檢測類型：

土壤、淤泥、水體等。

 檢測方法：

二代高通量測序、實時熒光定量PCR。

 樣本采集耗材：

為客戶提供樣本采集保存耗材，包括土壤樣本常溫保存液、取樣勺和保存管。

 送樣要求：

土壤每樣本需1g，新鮮取樣，凍存于-80℃，保存期間切忌反復凍融，送樣時請使用干冰運輸；
若采用常溫采集保存耗材，常溫寄送即可。
海水、湖水等水樣建議一個樣本取500-1000ml，過濾0.22um濾膜，把濾膜放入無菌管，-80℃保存，干冰寄送。
如果是污水等，建議一個樣本取50-100ml，將樣本放入無菌管中，-80℃保存，干冰寄送。
如一個樣本檢測多個功能基因，取樣量建議咨詢技術支持。

 技術路線：

 生物信息分析流程

 客戶發(fā)表文獻：

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.