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        厲害了!GeoChip+16s 助力河海佳作榮登榜!

        來源:admin    發布時間:2020-10-30   閱讀數:583

        美格基因項目文章傳來喜訊,GeoChip+16s 助力河海佳作榮登榜!河海大學環境學院李軼教授團隊,綜合運用16s rRNA高通量測序和GeoChip 5.0 芯片技術,深入探討和解析了黑臭河流——南京金川河垂直梯度上微生物群落構成的內在機制,該項目成果已在《Journal of Environmental Management》雜志上發表,熱烈祝賀李老師團隊!


        微生物群落的垂直分布和組合及其對黑臭都市河流中硫代謝的潛在影響

        Vertical distribution and assemblages of microbial communities and their potential effects on sulfur metabolism in a black-odor urban river

        作者:Wei Cai, Yi Li, Yun Shen, Chao Wang et al.

        期刊:Journal of Environmental Management

        IF:4.005

        時間:2019.1.30

        DOI:10.1016/j.jenvman.2019.01.078


        一、研究背景

        全球化經濟的高速發展,給人們帶來高品質生活的同時,也給現代城市河流帶來了不小的污染,黑臭河(black-odor)現象愈演愈烈,嚴重影響了周邊居民的身心健康。

        大量有機、無機物的排放不同程度地改變了河水的理化性質,也孕育著不同的微生物群落結構。

        充分了解河流理化性質和微生物群落的關系、相互影響和分子機制有助于填補黑臭河治理方面的理論基礎,為河流治理提供理論指導,特別是研究較少的淡水黑臭河。


        二、實驗設計

        從南京金川選擇地理間隔1.5-2km的4個位點(A、B、C、D),按照不同的深度梯度分別取了水樣和沉積物底泥樣本,每個點3個樣本,共24個樣本。

        對采集的樣本進行了理化性質的檢測,包括溫度,pH、Cond、TN、TP等。提取DNA后對16S rRNA V4高變區進行擴增測序。

        運用高通量測序芯片GeoChip 5.0(廣東美格基因)檢測了D位點樣本的功能基因代謝潛能。


        三、重要結果

        1、微生物群落構成和演替機制

        物種來源于33個門和103個屬。通過null modeling預測了解釋生態過程中物種群落結構的機制。

        在水體中,無論是細菌還是古菌的群落構成,同質選擇(homogeneous) 起著主導作用,貢獻率分別達到了63.63%和54.54%;沉積物中則是variable selection起主導作用,說明水體中相似的理化環境導致了相似的微生物群落構成,而沉積物中則是差異較大的物種群落聚集在一起(圖1)。

        同時,基于空間交換(spatial)和嵌套結構(nestedness)的分析發現,細菌的群落結構更多的是空間交換導致的,而嵌套結構則對古菌群落結構影響較大。


        null modeling預測的群落構成機制組成圖
        圖1 null modeling預測的群落構成機制組成


        2、硫代謝物種群落

        硫代謝細菌含量在水體樣本(35.70%)中遠遠超過沉積物(10.60%);硫代謝古菌含量在水體中也高于沉積物(50.25%VS35.06%)(圖2)。RDA分析顯示,ORP,S2-,和TN是顯著影響硫代謝相關微生物群落的關鍵環境因子(圖3)。


        硫代謝關聯細菌和古菌相對豐度展示圖
        圖2 硫代謝關聯細菌和古菌相對豐度展示

        環境因子的RDA分析結果圖
        圖3 環境因子的RDA分析結果

        3、硫代謝功能基因代謝潛能

        通過GeoChip5.0的檢測共找到26個和硫代謝相關的基因,基因豐度平均占比為3.02%。在所有樣本中SRG基因的豐度遠遠高過SOG基因,其中dsrA和dsrB豐度最高(圖4)。

        DSR(異化硫還原反應)過程中的功能基因豐度高于ASR(同化硫還原反應)和SO(硫氧化反應),而后兩者的功能基因豐度處于較低的水平(圖 4),說明金川河中的硫氧化反應發生的可能性非常小。

        雖然大部分的物種在垂直的梯度上的分布沒有明顯差異,但硫代謝的功能基因豐度隨著采樣位置深度增加有輕微的上升。


        硫代謝相關途徑的基因數和豐度比例圖
        圖4 硫代謝相關途徑的基因數和豐度比例


        四、小結和亮點:

        通過16S rRNA和GeoChip芯片結合的方法首次探索了淡水河流垂直梯度上物種群落構成的機制。

        金川河中硫代謝相關的微生物豐度很高,尤其和硫還原相關的微生物,隨著樣點深度的增加,硫還原反應趨勢大大增強。

        研究為未來地球化學元素循環關于淡水垂直梯度物種群落構成的研究奠定了理論基礎。




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