厦门近岸细菌群落的物种多样性研究及其功能预测

作     者：黄明荣 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：焦念志;谢杰镇

授予年度：2018年

学科分类：0710[理学-生物学] 1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 100705[医学-微生物与生化药学] 07[理学] 071005[理学-微生物学] 10[医学] 

主      题：细菌物种多样性 功能预测 PICRUSt Tax4fun FAPROTAX KEGG 

摘      要：16Sr RNA基因高通量测序技术极大促进了人类对细菌的研究,该技术应用在细菌16S核糖体RNA基因来表征环境样品分类组成和物种多样性。而海洋细菌在海洋生态系统中起着至关重要的作用,包括物质的循环和能量的流通,以及维持海洋生态系统的稳定性。近年来关于厦门近岸细菌微生物群落的研究日益增多,但都集中在微生物群落结构特征上,而对厦门近岸细菌代谢功能研究较少。本文的主要内容是从厦门近岸采集分子膜样品进行DNA提取并对16S rRNA基因的V3-V4区进行PCR扩增,采用Illumina Miseq技术进行测序并分析。先分析厦门近岸海洋细菌群落组成及其物种多样性,随后利用PICRUSt、Tax4Fun和FAPROTAX三种不同的方法预测厦门近岸细菌群落的功能。主要结论如下:(1)厦门近岸细菌群落主要由变形菌门、放线菌门、蓝藻门、拟杆菌门组成,这四种门类的相对丰度占整个样品的91%。在细菌纲分类水平下主要由α变形菌纲和γ变形菌纲以及放线菌门的Acidimicrobiia纲,拟杆菌门的Flavobacteriia纲和δ变形菌纲等组成,这五种纲类的相对丰度丰度占整个样品的76%。(2)α多样性分析表明六个样品的多样性排序是:S19S03S08S05S12S07,α多样性和β多样性具有一致性。环境参数与细菌群落之间的相关性分析,发现溶解氧与细菌群落之间没有有明显的相关性,pH、NO3-与变形菌门成正相关性,NO2-、T、DIS、P043-和放线菌门、拟杆菌门、绿弯菌门成正相关性,SAL与蓝藻门成正相关性。(3)16S rRNA基因序列分别以Greengenes数据库和Silva数据库为参考数据库来获取OTU表,并用PICRUSt、Tax4fun以及FAPROTAX三种不同方法对厦门近岸细菌群落的功能进行预测,结果发现PICRUSt与Tax4Fun方法预测结果整体性差异性不大。在聚类分析的KEGG直系同源基因簇(KO)丰度分析中样品的总体排序是S12S05S08S03S19S07,和KEGG代谢通路中氨基酸代谢和硫代谢功能的相对丰度排序一致。(4)分析厦门近岸SAR11细菌的相对丰度以及KEGG数据库中所注释出的ABC转运蛋白的相对丰度具有相同的规律,说明细菌群落组成和细菌群落的功能存在一致性。此外在分析硫代谢功能中发现S12样品的同化硫酸盐还原作用和S19样品的异化硫酸盐还原作用比较强。(5)运用FAPROTAX发现厦门近岸细菌群落相对丰度前25名主要集中在自养、异养、硝化物代谢以及硫化物代谢等功能上,S07样品和S12样品相对丰度低,S05样品和S19样品相对丰度高。因而FAPROTAX方法采用的是基于已培养菌数据库,预测的结果在各个样品间的相对丰度趋势和前两种方法不一样。