——基于功能基因/持家基因/靶基因

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(guān)注，這些具有特殊功能的微生物叫做功能微生物，如氨氧化細(xì)菌、硫細(xì)菌、硝化細(xì)菌等。它們在分類學(xué)上有可能差異很大，但卻具有相同或類似的基因使其能夠發(fā)揮同樣的作用。支配這些功能細(xì)菌發(fā)揮重要功能的基因被稱為功能基因，如amoA、dsrB、nxrA。目前微基生物已收集GeneBank中所有已知功能基因的序列及其對應(yīng)的種屬信息，構(gòu)建自己的功能基因數(shù)據(jù)庫。 微基生物進(jìn)行人體健康相關(guān)的研究與應(yīng)用：

微基生物提供與人體健康相關(guān)的生信/統(tǒng)計服務(wù)： 更多微生態(tài)方向研究和生物信息方面服務(wù)，請詳詢：400-660-9270 微基生物可根據(jù)客戶需求，針對功能基因或持家基因，設(shè)計PCR通用引物，開展個性化建庫及分析。 此類方法，可針對屬內(nèi)各種，甚至亞種，進(jìn)行細(xì)致地分類及分析，并與環(huán)境數(shù)據(jù)相結(jié)合，可用于某類微生物精細(xì)的分類及進(jìn)化研究。部分已完成功能基因建庫分析及引物列表（其他功能基因請垂詢）。

功能微生物	測序基因	特異引物	推薦平臺
產(chǎn)甲烷菌	16S rRNA gene	Arch519F / Arch915R	MiSeq 2×300
硫酸鹽還原菌SRB	dsrB	dsrF / dsrR	MiSeq 2×300
硝化細(xì)菌AOB	16S	CTO189f / CTO653r	MiSeq 2×300
氨氧化細(xì)菌AOB	amoA	amoA-1F / amoA-2R	MiSeq 2×300
氨氧化古菌AOA	amoA	Arch amoA F /Arch amoA R	454
硝化細(xì)菌NOB	16S rRNA gene	FGPS1269 / FGPS872	MiSeq 2×300
硝化細(xì)菌NOB	nxrA	nxrA F / nxrA R	MiSeq 2×300
厭氧氨氧化菌AMX	16S rRNA gene	Amx368 / Amx820R	MiSeq 2×300
反硝化菌	narG	narG1960f / narG2650r	454
	nirK	F1aCu / R3Cu	MiSeq 2×300
	nirS	cd3aF / R3cd	MiSeq 2×300
	nosZ	nosZF / nosZR	MiSeq 2×300
定鞭金藻	LSU	F / R	MiSeq 2×300
固碳微生物	cbbL	595F / 1387R	454
	cbbM	F / R	MiSeq 2×300
固氮微生物	nifH	PolF / PolR	MiSeq 2×300

功能基因/持家基因分析的流程圖如下：

• 數(shù)據(jù)庫：Silva，GreenGene，RDP

微基生物收集GeneBank中所有已知功能基因的序列及其對應(yīng)的種屬信息，構(gòu)建自己的功能基因數(shù)據(jù)庫。

• 高通量測序

目前市面上常用的用于研究環(huán)境微生物的高通量測序平臺有Illumina，BGI，PacBio和Thermo Ion。其中Illumina平臺的測序讀長長、測序周期短、通量大，成為常用的測序平臺。

微基生物是國內(nèi)首家采用Illumina MiSeq 2×300 bp平臺進(jìn)行微生物生態(tài)研究。在功能基因進(jìn)行測序分析方面積累了豐富的經(jīng)驗。

• 建庫及生信/統(tǒng)計分析

 

案例分析

標(biāo)題：Response of denitro bacteria involved in nitrogen removal for treatment of simulated livestock wastewater using a novel bioreactor脫氮細(xì)菌在新型生物反應(yīng)器處理模擬家畜廢水脫氮過程中的作用

Ecological Engineering（IF: 3.512）

研究領(lǐng)域：功能微生物

高通量測序平臺：Illumina MiSeq

測序區(qū)域：napA, narG, nirS, qnorB, and nosZ

主要結(jié)果：（1）微生物群落組成的演替反映在CFM組和DAS組之間的顯著差異的熱圖上， 主要體現(xiàn)為中華根瘤菌及固氮菌的不同比例。

 

（2）環(huán)境變量對反硝化群落的存在影響及優(yōu)勢屬與氮濃度有一定的相關(guān)性

（3）選出29個相對豐度較高的屬(每個功能基因選出3 ~ 4個相對豐度最高的屬)，構(gòu)建關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)圖。根據(jù)它們之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，選擇相對豐度和適應(yīng)性較高的菌株，如目標(biāo)生態(tài)位中的Burkholderia, Azoarcus, 和 Rhodanobacter ，加入到細(xì)菌接種劑可以實現(xiàn)快速繁殖，并通過自身的酶活性直接改變理化參數(shù)。此外，根據(jù)系統(tǒng)中的負(fù)相關(guān)關(guān)系，人工增菌可以抑制具有去除化學(xué)需氧量和氮的副作用的細(xì)菌，從而提高裝置的運(yùn)行效果。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925857420300501

參考文獻(xiàn)：Wang L , Xu W , Yu J , et al. Response of denitrobacteria involved in nitrogen removal for treatment of simulated livestock wastewater using a novel bioreactor[J]. Ecological Engineering, 2020, 147:105762.