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Predicted Functional Shifts Due to Type of Soil Microbiome and Watering of Two Wild Plants in Western Region of Saudi Arabia

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Phyton-International Journal of Experimental Botany 2022年第10期91卷 2249-2268页

作者： Lina Baz Aala A.Abulfaraj Manal A.Tashkandi Hanadi M.Baeissa Mohammed Y.Refai Aminah A.Barqawi Ashwag Shami Haneen W.Abuauf Ruba A.Ashy Rewaa S.Jalal Department of Biochemistry Faculty of ScienceKing AbdulAziz UniversityJeddah21589Saudi Arabia Biological Sciences Department College of Science&ArtsKing Abdulaziz UniversityRabigh21911Saudi Arabia Department of Biochemistry College of ScienceUniversity of JeddahJeddahSaudi Arabia Department of Chemistry Al-Leith University College Umm Al Qura UniversityMakkahSaudi Arabia Department of Biology College of SciencesPrincess Nourah bint Abdulrahman UniversityP.O.Box 84428Riyadh11671Saudi Arabia Department of Biology Faculty of Applied ScienceUmm Al-Qura UniversityMakkahSaudi Arabia Department of Biology College of ScienceUniversity of JeddahJeddahSaudi Arabia

The present study aimed to predict differential enrichment of pathways and compounds in the rhizosphere microbiomes of the two wild plants(Abutilon fruticosum and Nitrosalsola vermiculata)and to predict functional shifts in microbiomes due to water.Amplicon sequencing of 16S rRNA region V3–V4 was done and gene-based microbial compositions were enrolled in picrust to predict enriched pathways and compounds.The results indicated that“ABC transporters”and“Quorum sensing”pathways are among the highest enriched pathways in rhizosphere microbiomes of the two wild plants compared with those of the bulk soil microbiomes.The highest enriched compounds in soil microbiomes of the two wild plants included five proteins and three enzymes participating in one or more KEGG pathways.Six of these eight compounds showed higher predicted enrichment in rhizosphere soil microbiomes,while only one,namely phosphate transport system substrate-binding protein,showed higher enrichment in the surrounding bulk soil microbiomes.In terms of differentially enriched compounds due to watering,only the dual-specific aspartyl-tRNA(Asn)/glutamyl-tRNA(Gln)amidotransferase subunit A showed higher enrichment in rhizosphere soil of the two wild plants after 24 h of watering.Two of the highly enriched compounds namely branched-chain amino acid transport system ATP-binding protein and branched-chain amino acid transport system substrate-binding protein,are encoded by genes stimulated by the plant’s GABA that participates in conferring biotic and abiotic stresses in plants and improves the plant’s growth performance.The 3-Oxoacyl-[ACP]reductase,a member of the short-chain alcohol dehydrogenase/reductase(SDR)superfamily,participates in fatty acids elongation cycles and contributes to plant-microbe symbiotic relationships,while enoyl-CoA hydratase has a reverse action as it participates in“Fatty acid degradation”pathway.The methyl-accepting chemotaxis protein is an environmental signal that sense“Bacterial chemotaxis”pathway to help establishing symbi

关键词： Amplicon sequencing picrust KEGG GABA symbionts wild plants

多效唑对芒果园土壤细菌多样性的影响及picrust基因功能预测分析

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热带作物学报 2019年第4期40卷 807-814页

作者：靳晓拓周彦妤夏杨荣畅陈丽君李涛赵洪伟海南大学生态与环境学院海南海口570228 海南省植物保护总站海南海口570100

为了探究多效唑对芒果园土壤微生物多样性和群落结构的影响,本研究以海南乐东某芒果园为研究对象,设置施用和不施用多效唑的土壤分别为处理组和对照组,通过Illumina Miseq测序平台对芒果园土壤进行16S rRNA高通量测序分析。2组样品通过... 详细信息

为了探究多效唑对芒果园土壤微生物多样性和群落结构的影响,本研究以海南乐东某芒果园为研究对象,设置施用和不施用多效唑的土壤分别为处理组和对照组,通过Illumina Miseq测序平台对芒果园土壤进行16S rRNA高通量测序分析。2组样品通过高通量测序共得到3586个OTUs(operational taxonomic units),可注释到38个门、89个纲、195个目、378个科、673个属、1353个种。Alpha多样性分析表明,施用多效唑后,土壤细菌丰富度指数显著高于同时期未施用多效唑的土壤;但施药后土壤的细菌多样性显著降低。主成分分析表明,施用多效唑对土壤细菌的群落结构产生影响。与对照组相比,施用多效唑的土壤中变形菌门和浮霉菌门等含量显著增高,而放线菌门和厚壁菌门等含量显著降低。picrust功能预测分析结果表明,芒果园土壤细菌主要涉及细胞生长与死亡、碳水化合物代谢、次生产物代谢的生物合成、氨基酸代谢等43个子功能,表现出功能上的丰富性。多效唑处理后,会降低土壤细菌的整体代谢能力。由此可见,施用多效唑会降低土壤细菌的多样性,改变土壤细菌的相对丰度,且对土壤细菌的功能会有一定的影响。

关键词：多效唑芒果园土壤细菌多样性 picrust 分析

基于高通量测定肉鸡回肠微生物多样性及picrust基因预测分析

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动物营养学报 2016年第8期28卷 2581-2588页

作者：徐帅林奕岑周梦佳倪学勤曾东曾燕四川农业大学动物医学院动物微生态研究中心成都611130

本试验旨在研究健康肉鸡回肠的微生物群落结构及功能。采用高通量测序技术对15只鸡的回肠内容物进行测序,按照97%的相似度归类操作分类单元(OTUs),去除序列数量少的OTUs(n<2),然后进行生物信息学分析及picrust基因预测。结果表明:1)共获... 详细信息

本试验旨在研究健康肉鸡回肠的微生物群落结构及功能。采用高通量测序技术对15只鸡的回肠内容物进行测序,按照97%的相似度归类操作分类单元(OTUs),去除序列数量少的OTUs(npicrust基因预测。结果表明:1)共获得424 062条tags,并归类于1 002个非单OTUs,样品平均tags为(28 271±8 855)条,平均OTUs为(261±82)个。2)所有样品共含有20个菌门,160个菌属。其中,共享核心菌门4个,分别是厚壁菌门(85.35%)、变形菌门(6.09%)、蓝细菌门(2.15%)和放线菌门(0.16%);共享核心菌属19个,占样品微生物总量的93.75%。3)鸡回肠样品预测得出328个功能。从前20个功能热图可知,各样品的效能存在差异。由此可见,鸡回肠微生物群落复杂,但主要菌群相对稳定。本试验为进一步研究鸡回肠微生物群落结构与功能提供了参考依据。

关键词：肉鸡回肠高通量测序核心菌群 picrust

有机肥对退化红壤中细菌群落功能组成影响的picrust基因预测分析

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江苏农业科学 2021年第16期49卷 60-66页

作者：吴照祥刘巧丽李辉虎钟永达叶昌炎余发新江西省科学院生物资源研究所/江西省观赏植物遗传改良重点实验室江西南昌330096 江西神元湖农业科技发展有限公司江西安福343200

为探讨不同修复措施对南方典型退化红壤细菌群落功能组成的影响,设置单施生物炭(B)、微生物有机肥(OF)、化学肥料(CF)、生物炭配施微生物有机肥(BO)、生物炭配施化学肥料(BC)以及空白对照(CK)等6种修复处理方式并进行车前草的盆栽试验,... 详细信息

为探讨不同修复措施对南方典型退化红壤细菌群落功能组成的影响,设置单施生物炭(B)、微生物有机肥(OF)、化学肥料(CF)、生物炭配施微生物有机肥(BO)、生物炭配施化学肥料(BC)以及空白对照(CK)等6种修复处理方式并进行车前草的盆栽试验,采用细菌16S rRNA基因的高通量测序技术并结合picrust功能预测分析,研究不同修复处理方式下退化红壤细菌群落结构及其功能组成的变化。结果表明,微生物有机肥和化学肥料对车前草根际土壤细菌群落结构与功能组成具有显著的影响(F_(2,15)=25.55,R^(2)=0.7731,P0.05);微生物有机肥处理车前草根际土壤细菌物种多样性显著增加,增幅达到17.30%,但是化学肥料显著降低细菌物种多样性,降幅达21.25%;微生物有机肥增加生物代谢途径和氮循环途径功能基因丰度,促进氮异化还原、反硝化作用和固氮作用过程,有利于土壤氮素的维持和土壤质量的改善,而化学肥料施用则相反。另外,根际土壤细菌物种多样性跟土壤的pH值显著正相关,跟碱解氮和有效磷等土壤养分含量显著负相关。本研究明确了退化红壤微生物群落功能组成以及氮循环相关功能基因对修复措施的响应,为南方退化红壤的生态修复与农业生产提供理论依据。

关键词： picrust 退化红壤生态修复细菌群落功能基因预测

基于Illumina MiSeq高通量测序的燕麦种带细菌多样性及功能分析

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草业学报 2023年第7期32卷 96-108页

作者：张振粉黄荣李向阳姚博赵桂琴甘肃农业大学草业学院甘肃兰州730070 草业生态系统教育部重点实验室中-美草地畜牧业可持续发展研究中心甘肃兰州730070

采用高通量测序法,分析7份来自不同地区的燕麦种带细菌群落的细菌丰度、Alpha多样性、Beta多样性和物种组成差异,并采用picrust和FAPROTAX功能预测的方法分析了各种带细菌间的丰度差异。结果显示:1)7份燕麦中共获得5187个细菌可操作分... 详细信息

采用高通量测序法,分析7份来自不同地区的燕麦种带细菌群落的细菌丰度、Alpha多样性、Beta多样性和物种组成差异,并采用picrust和FAPROTAX功能预测的方法分析了各种带细菌间的丰度差异。结果显示:1)7份燕麦中共获得5187个细菌可操作分类单元(OTUs),主要归属于33个门、180个目和435个属。2)基于OTUs的丰度及注释信息,7份燕麦种带细菌群落中变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、放线菌门和蓝菌门为优势菌门,立克次氏体目和鞘脂单胞菌目为优势菌目,鞘氨醇单胞菌属、Solibacter和假节杆菌属为优势菌属。3) Alpha多样性和Beta多样性表明不同燕麦品种的细菌群落多样性和群落结构具有较大差异,其中LXY-5具有最大的Alpha多样性。LEFSe分析更进一步显示不同的燕麦品种生物标记的物种不同。4) picrust和FAPROTAX功能预测分析表明,燕麦种带细菌群落主要有代谢、有机系统和人类疾病3个代谢通路,分属于有42个KEGG和24个COG的二级代谢途径;FAPROTAX功能注释后共获得52个生态功能。研究结果为明确燕麦种带细菌多样性及开发新型基因资源提供了理论依据。

关键词： Illumina MiSeq高通量测序燕麦种带细菌生物信息学分析 picrust FAPROTAX

手性三唑类杀菌剂氟环唑对土壤微生物的立体选择性影响

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农业环境科学学报 2022年第6期41卷 1284-1295页

作者：薛鹏飞刘潇威赵刘清贺泽英农业农村部农产品质量安全环境因子控制重点实验室天津300191 农业农村部环境保护科研监测所天津300191

为了研究土壤微生物对手性三唑类杀菌剂氟环唑的立体选择性响应,通过非靶向代谢组学和高通量测序联合技术探究了土壤代谢组和微生物群落对氟环唑外消旋体及对映体的响应机制。结果表明:氟环唑及其对映体处理4周后,土壤中氟环唑降解不显... 详细信息

为了研究土壤微生物对手性三唑类杀菌剂氟环唑的立体选择性响应,通过非靶向代谢组学和高通量测序联合技术探究了土壤代谢组和微生物群落对氟环唑外消旋体及对映体的响应机制。结果表明:氟环唑及其对映体处理4周后,土壤中氟环唑降解不显著,其残留能够引起土壤代谢组和土壤微生物群落组成的显著变化。土壤代谢组、细菌和真菌群落组成、picrust基因功能预测的代谢途径均表现出由2R,3S-(+)-氟环唑驱动的立体选择性响应。picrust基因预测表明,细菌中被显著影响的MetaCyc通路有10条,真菌中比对出22条。氟环唑外消旋体和(+)-对映体比(-)-对映体表现出对土壤微生物更显著的干扰作用(P<0.05)。氟环唑暴露引起了土壤环境中细菌和真菌群落、代谢、基因功能预测通路不同程度的立体选择性响应。鉴于土壤环境在农业生产中的重要性,土壤微生物组和代谢组的表征可以为暴露于手性三唑类农药顺式氟环唑及其对映体所带来的生态风险提供新的见解。

关键词：非靶向代谢组学高通量测序立体选择性细菌真菌土壤代谢组系统发育树 picrust 杀菌剂

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超高温堆肥微生物群落强化产热功能特征分析

土壤学报 2022年第6期59卷 1660-1669页

作者：崔鹏艾超凡廖汉鹏周顺桂福建农林大学资源与环境学院福州350002

超高温堆肥技术较普通堆肥技术在氧化亚氮减排、氮素保留、抗性基因去除等方面具有显著优势。这些优势与超高温过程密切关联,然而超高温产生的原因却仍然未知。利用picrust(phylogenetic investigation of communities by reconstructio... 详细信息

超高温堆肥技术较普通堆肥技术在氧化亚氮减排、氮素保留、抗性基因去除等方面具有显著优势。这些优势与超高温过程密切关联,然而超高温产生的原因却仍然未知。利用picrust(phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states)预测并分析了鸡粪超高温堆肥和普通堆肥微生物功能变化,重点比较了产热相关代谢通路和功能基因丰度的变化。研究发现,超高温堆肥可达到超过80℃的超高温阶段并持续5天以上,该阶段可显著提高微生物能量代谢、碳水化合物代谢等产热相关代谢通路丰度,有氧呼吸链中NADH脱氢酶功能基因和琥珀酸脱氢酶基因的丰度在超高温阶段显著增加(P<0.05),并且上述代谢通路和功能基因丰度与超高温堆肥温度变化显著相关(P<0.05)。采用随机森林回归模型将预测的堆肥温度与实际堆肥温度进行比较发现,两种处理各自预测温度结果与实际温度相关性显著(对于超高温堆肥,校正R^(2)=0.96;对于普通堆肥,校正R^(2)=0.97)。该模型表明,K03943(NADH脱氢酶黄蛋白2)、K15862(细胞色素c氧化酶cbb3型亚基I/II)和K05580(NADH醌氧化还原酶亚基I)的丰度变化是影响超高温堆肥温度的最重要因素。相比之下,普通堆肥温度最高不超过70℃,且上述产热相关代谢通路和功能基因丰度与堆肥温度呈显著负相关(P<0.05)。以上结果表明,超高温堆肥微生物群落可能通过显著提高有氧呼吸链相关功能基因丰度,使超高温堆肥群落更迅速地代谢有机物,从而提高ATP合成速率,进而产生更多热量。

关键词：有机固体废物超高温堆肥微生物功能能量代谢 picrust

高海拔地区眼表微生物多样性、群落结构与功能的研究

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高海拔地区眼表微生物多样性、群落结构与功能的研究

作者：李周瑜重庆医科大学

学位级别：硕士

目的:探讨不同海拔健康人群眼表微生物组的组成及功能,以期望建立高海拔健康人群眼表微生物群落的基线数据,有利于进一步探究眼表感染性疾病和/或免疫性疾病的异质性,且可能为益生菌滴眼液的开发提供理论支持。方法:前瞻性对照研究。分... 详细信息

目的:探讨不同海拔健康人群眼表微生物组的组成及功能,以期望建立高海拔健康人群眼表微生物群落的基线数据,有利于进一步探究眼表感染性疾病和/或免疫性疾病的异质性,且可能为益生菌滴眼液的开发提供理论支持。方法:前瞻性对照研究。分别在高海拔地区和低海拔地区选取性别、年龄相匹配的健康参与者32名和30名。随机选择一只眼睛,从参与者的下结膜囊中收集样本。对样本进行DNA提取、目的片段PCR扩增、构建文库、使用picrust软件进行16S r RNA基因测序等步骤,以研究细菌群落组成并预测其基因功能。采用Wilcoxon秩和检验比较优势菌的差异。结果:分别以ACE指数、Chao 1指数和observed species指数评估,高海拔组结膜囊微生物多样性和丰富度均显著降低（p＜0.01）。主坐标分析（PCo A）显示,两组菌群组成结构明显不同（p=0.03）,尤其是优势菌属。棒状杆菌、葡萄球菌和厌氧球菌在高海拔组的相对丰度显著增加,而假单胞菌和马西利亚菌的相对丰度显著降低（p＜0.01）。在基因功能分析中,我们发现74个基因通路丰富度不同,主要为代谢通路。与免疫系统疾病和传染病相关的通路也在高海拔组表现更丰富。结论:高原人群眼表微生物的组成结构和功能与低海拔地区人群有显著差异,我们的研究为为建立高原居民眼表核心菌群基线提供了参考,有助于以后从微生物地理多样性角度阐释海拔高度的差异性所致的眼部疾病易感性和患病率的异质性,并且有助于抗菌剂的研制。

关键词： 16S rRNA高通量测序 picrust 眼表微生物群落健康结膜

生物炭负载纳米零价铁对BES阴极脱氮过程影响研究

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生物炭负载纳米零价铁对BES阴极脱氮过程影响研究

作者：张思齐江南大学

学位级别：硕士

近年来,硝态氮污染及其对人类健康、自然环境和经济发展的影响日益严重,因此开发高效安全、成本低廉的硝酸盐氮去除方法具有非常重要的研究价值和应用前景。生物电化学系统(BES)降解废水中硝酸盐氮既有传统生物法环境影响小的优点,又有... 详细信息

近年来,硝态氮污染及其对人类健康、自然环境和经济发展的影响日益严重,因此开发高效安全、成本低廉的硝酸盐氮去除方法具有非常重要的研究价值和应用前景。生物电化学系统(BES)降解废水中硝酸盐氮既有传统生物法环境影响小的优点,又有电化学系统的高效率,因此成为了近年来科研工作者的重要研究课题。本研究基于BES生物阴极的反硝化,讨论蓝藻生物炭、纳米零价铁、生物炭负载纳米零价铁对生物阴极脱氮过程的影响及机理。首先,制备KOH改性的蓝藻生物炭(BC),然后利用液相还原法制备纳米零价铁(n ZVI)和蓝藻生物炭负载纳米零价铁(BC-n ZVI)。用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、N吸附-脱附实验、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)等方法对材料进行分析表征。下一步,搭建四组BES反应器,分别命名为对照组、BC组(添加蓝藻生物炭)、n ZVI组(添加纳米零价铁)和BC-n ZVI组(添加蓝藻生物炭负载纳米零价铁),对反应周期内各BES生物阴极的硝态氮、亚硝态氮和氨氮的含量进行测定;此外,笔者还借助电化学分析,使用循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)表征三种材料对BES生物阴极的电化学性能的影响;借助SEM和EDS观察分析碳刷上微生物的形态及元素;测定还原型辅酶Ⅰ(NADH)和氧化亚氮还原酶(NOS)的浓度来探究不同反应组硝态氮降解过程中的生理生化差异;最后,利用Illumina高通量测序和群落功能预测(picrust)技术,探究在添加材料后生物阴极硝态氮去除过程中微生物群落结构、相关酶丰度以及功能基因表达的变化。主要结论如下:(1)SEM图像显示生物炭具有丰富的孔隙结构,可以作为纳米零价铁的良好载体;生物炭负载纳米零价铁比表面积高达120.9 m/g,是纳米零价铁单质的3.5倍。EDS、XRD、XPS和FTIR等一系列表征方法都证实纳米零价铁成功负载到生物炭上。(2)对四组BES的反硝化过程进行比较,在初始NO-N浓度为100 mg/L时,BC-n ZVI组在28 h内实现硝酸盐完全去除,而积累的氨达到63.33 mg/L。四组反应器拟合后的NO-N去除速率常数分别为0.171(BC-n ZVI),0.110(n ZVI),0.023(BC)和0.010 h(对照)。通过计算对比四组反应器CV曲线的闭合面积,发现BC-n ZVI组是对照组的1.8倍。CA的测试结果表明BC-n ZVI组拥有最高的电子交换容量(EEC)。因此BC-n ZVI具有最好的电化学性能。(3)SEM成像和EDS能谱图中观察到BC-n ZVI组中微生物更加集聚,颗粒化程度和分布密度超过其他三组,且Fe元素和O元素含量更多。相对于对照组、BC组和BC-n ZVI组,BC-n ZVI组的NADH和NOS酶活性比其他三个组更快地达到峰值。测定结果表示,实验组酶活性越高,系统的反硝化效率就越高。(4)通过Illumina高通量测序和OTU分析,发现四组微生物群落结构具有明显差异。在BC-n ZVI组中,属水平负责电子传递、氢气产生和抗金属的微生物菌群得到富集,如Fusibacter(梭菌,84.2%)、norank＿f＿Chitinophagaceae(82.7%)、norank＿c＿KD4-96(66.1%)、norank＿f＿67-14(62.4%)、g＿Dechloromonas(脱氯单胞菌,50.73%)。通过picrust分析关键酶的相对丰度及功能基因,表明添加BC-n ZVI之后,BC-n ZVI组中多种酶的丰度发生较大程度的改变,铁介导的反硝化酶和电子转移酶得到富集。Q:次生代谢产物的生物合成、转运和分解代谢;L:复制、重组和修复;C:能量生产与转化途径的功能基因明显优于对照组。

关键词：生物电化学系统生物阴极反硝化蓝藻生物炭负载纳米零价铁 picrust