一、基因组测序亟待解决的问题(论文文献综述)
李沛翰[1](2021)在《基于宏基因组的分类数据库及病原快速识别系统研究与应用》文中提出近年来,传染病疫情频繁暴发,尤其是新突发传染病给公共卫生带来严峻挑战,成为世界范围的公共卫生问题。快速准确识别致病病原是应对新突发传染病的重要前提。传统病原检测手段在应对新突发传染病时仍存在不足,分离培养耗时长且适用微生物少,血清学诊断特异性低,PCR检测只能检测已知物种,难以应对未知和变异较大的病原。基于高通量测序的宏基因组方法识别病原作为一种新兴的技术,可以检测样本中所有物种的核酸序列,并可对病原的耐药、毒力、分子分型和系统发育等进行分析,在传染病病原检测、监测和溯源中具有广阔的应用前景。目前宏基因组测序广泛应用于病原识别。宏基因组测序常产生大量数据,用于序列比对的数据库是病原识别的关键。现有覆盖全物种的nt数据库数据量大且数据冗余,占用较高的计算资源和时间成本,Ref Seq参考序列数据库及其它标志物数据库未能涵盖所有物种,容易造成漏检,针对病原识别需求制定适用不同情况且快速高效的数据库尤为重要。宏基因组识别病原包括序列比对、物种分类、基因组组装等步骤,需要应用到较多的生物信息分析工具。局部比对方法BLAST效率低,基于Burrows-Wheeler变换的方法可以提高比对效率,但严重依赖于参考序列。现有分类软件仅对物种序列数目进行统计,难以直接判定病原或对病原进行精准分型。此外,针对未知病原,目前方法采用先从头组装获取基因组,后采用BLAST比对判定,而宏基因组数据量大、宿主等背景序列丰度高,给从头组装带来困难,亟需能够快速高效、准确识别病原体,且能对病原体型别和毒力耐药等关键致病特征进行系统分析的工具。本论文以宏基因组学为基础,依托实验室测序平台和高性能服务器开展了以下三个方面的研究:1.宏基因组分类数据库构建从各类公共数据库获取核酸序列数据,基于不同软件构建索引,根据数据库类型进行分类分级处理以应对不同检测需求。第一级为nt数据库,数据量较大,将其切分成子数据模块,实现并行和容错比对;第二级为参考基因组数据库,根据物种类型将Refseq数据库分为5类,实现病原快速分类;第三级为特定用途的子库,包括重点病原数据库,耐药、毒力、分型等病原特征序列数据库,实现病原分型和特征注释。此外,针对常见细菌进行非冗余数据库构建,去除同一物种的保守序列,保留特有序列,以达到缩减数据库大小、提高比对效率且减小比对准确度损失目的。非冗余病原菌数据库相比于全基因组数据,数据量大小缩减至原来的50.57%,比对时间减小为原数据库的46.48%,而正确分类的序列数据损失2.11%。对重要致病病毒进行同源性分析,根据病毒分类计算不同科属之间病毒的同源性,以同源性范围确定病毒快速识别的阈值,为未知病原识别提供依据。2.宏基因组病原识别流程MPIP建立与评估验证将宏基因组病原识别流程MPIP分为4个模块,包括宏基因组分类、病原特征分析、误分类纠错和未知病原迭代组装。宏基因组分类基于现有工具进行下游分析,主要去除宿主和人工合成等无关背景数据,按照科属分类,并依据特异性序列数量生成物种分类谱和可视化结果;病原特征分析根据分级子库,确定病原型别、耐药基因、毒力因子等信息;误分类纠错模块针对物种匹配reads数量少或错误匹配物种的reads进行纠错;未知病原迭代组装主要解决未知病原识别问题,通过选取近缘物种作为参考,进行多次迭代组装并选取每次迭代中的生成序列作为新的参考,以快速得到未知病原基因组序列。使用Python语言进行编程,以Linux操作系统作为运行环境,编写MPIP可视化操作界面,可根据模块功能在本地生成宏基因组物种分类和可视化图表等结果。将不同浓度梯度的病毒、细菌、真菌构建的模拟样本进行宏基因组测序,使用MPIP对模拟样本中病原及其型别进行判读,对其可行性进行评价。通过临床SARI样本进行宏基因组测序,并与宏基因组分类工具Centrifuge进行对比,评估MPIP在真实样本中的病原识别能力。相比于Centrifuge物种分类方法,MPIP能够准确判定临床样本人疱疹病毒为4型,并获得详细的基因组序列覆盖信息。以新冠病毒来模拟未知病原,采取不包含新冠序列的数据库进行比对,使用MPIP对模拟数据进行迭代组装,判断近缘物种并获取新冠全基因组;同时使用6例新冠真实样本进行宏基因组测序,进一步验证MPIP。作为对比,使用基于传统从头组装方法的MEGAHIT对上述数据进行组装识别,发现在使用真实样本的情况下MPIP迭代组装的基因组完成度在94.01%至96.91%,MEGAHIT组装的基因组完成度为66.51%至88.62%。3.宏基因组病原识别系统MPIP的应用结合传染病防控和临床诊断实践对MPIP进行了实际应用。首先,结合急性呼吸道疫情进行宏基因组测序,判断致病病原是腺病毒55型并进行溯源分析,为疫情防控提供参考依据。针对临床不明原因肺部感染样本,MPIP快速识别出肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌,并检测到bla SHV-12、aac(3)-IIa和bla KPC-2等耐药基因。临床根据检测结果调整抗生素治疗,患者迅速好转。对临床不明原因死亡病例的肺泡灌洗液、痰液和血液样本进行病原体确认,MPIP在三个样本中均检测到致病病原鹦鹉热衣原体,细胞培养和PCR检测证实肺泡灌洗液样本阳性而痰液和血液样本阴性,说明宏基因组测序结合MPIP具有更好的病原识别能力。本研究的主要贡献由以下几个方面构成:(1)构建了适用性高的本地分类分级数据库,并针对常见病原菌建立非冗余数据库,在未明显降低识别精度的情况下压缩数据量并提高了比对时效性;(2)对病毒进行同源性分析并提出了同源性度量阈值,为识别新病毒提供了理论基础;(3)建立宏基因组病原识别流程MPIP,克服了传统宏基因组分类软件虽然速度快但难以准确分型和识别耐药毒力信息的困难,并且在疫情防控和临床诊断治疗中提供了重要技术支撑;(4)首次提出使用迭代组装识别未知病原的方法,在组装基因组完成度方面优于传统从头组装方法,为应对新突发病原体提供了新的技术手段。
高如雨[2](2021)在《玉米赤霉烯酮降解酶的筛选鉴定与异源表达》文中研究说明霉菌毒素是由真菌产生的有毒代谢产物或次生代谢产物,其高毒性和强致癌性严重威胁动物生产性能和人类健康,给食品业、饲料业和畜牧业生产带来巨大损失。据联合国粮农组织估计,全球每年有25%的谷物受到霉菌毒素污染。目前,我国饲料和食品中霉菌毒素污染状况日趋严重。霉菌毒素的脱毒方法主要包括物理、化学和生物脱毒法,其中生物脱毒法具有专一性强、转化效率高和安全环保等优势,但迄今为止,我国还没有高效广谱霉菌毒素降解酶的产业化应用。玉米赤霉烯酮(Zearalenone,ZEN)属于类雌激素活性的次级代谢产物,是危害最严重的霉菌毒素之一。自然环境中微生物ZEN降解酶广泛存在,目前对于ZEN降解酶的研究主要聚焦于真菌来源的内酯水解酶ZHD101及其同源物。这类降解酶可以有效转化ZEN为无毒产物,但同时也存在对衍生物α-玉米赤霉烯醇的降解活力低、热稳定性差以及异源表达量较低等亟待解决的瓶颈问题。针对上述问题,以ZEN降解酶为重点,挖掘ZEN降解酶基因资源并实现异源表达,具有重要的理论与应用价值。本研究从不同环境样本中富集驯化得到ZEN降解细菌菌群,从中分离鉴定了一系列ZEN降解菌株和ZEN降解酶,开展了ZEN降解酶的异源表达研究,构建了ZEN降解酶与血红蛋白组合表达的工程菌株。主要研究结果如下:1.采用富集驯化方法,共筛选到不同来源不同种属的56株ZEN降解细菌菌株。进一步以不同浓度的ZEN为唯一碳源进行复筛,发现菌株Z-33具有良好的ZEN降解能力,在30℃,ZEN浓度为40μg/m L的条件下培养144 h,其ZEN降解率达到84.98%。16S r DNA序列比对和生理生化及化学测定表明,Z-25是一株具有ZEN降解能力的新种,命名为稻田申氏杆菌Z-25(Shinella oryzae Z-25)(=GDMCC 1.2424T=KCTC 82660T)。2.以ZEN为唯一碳源,从深海沉积物、水稻根际土壤、发霉玉米和发霉食物中富集驯化得到4个细菌菌群Z1,Z2,Z3和Z4。HPLC的结果表明,4个菌群均具有高效降解ZEN的能力,在30℃,ZEN浓度为40μg/m L的条件下培养180 h,其ZEN降解率分别达到80.73%,93.59%,93.25%和93.58%。3.为进一步挖掘ZEN降解酶基因资源,挑选ZEN降解率在90%以上的3个ZEN降解菌群进行宏基因组测定。采用基于ZEN降解能力的内酯水解酶ZHD101和过氧化物酶A4-Prx的氨基酸序列比对和基于模型比对的方法,从上述3个细菌菌群的宏基因组和Z-33的基因组中筛选出8个潜在的ZEN降解酶基因序列,并在大肠杆菌中实现了异源表达。来源于柄杆菌属的α/β水解酶Cpo C在37℃条件下,3小时内对20μg/m L ZEN的降解效率高达96%,比酶活为960.92±8.30 U/mg。进一步对Cpo C的蛋白序列和结构进行分析,发现Cpo C与文献报道的内酯水解酶ZHD101氨基酸序列仅有25.51%的一致性,且二者具有完全不同的催化位点三联体,表明该酶有着独特的蛋白质结构和催化机理,是一个新型玉米赤霉烯酮降解酶;构建了Cpo C与ZEN的复合物模型,预测该酶的底物结合关键位点可能是Gly173和Asp231。4.为提高重组菌株和降解酶的氧利用率,分别构建了水解内酯酶基因zhd101,过氧化物酶基因a4-prx和豆血红蛋白基因leg H串联组成的重组表达载体,并在大肠杆菌中进行异源表达。为通过共表达血红蛋白提高异源蛋白表达量的方法提供一定的理论依据。综上所述,本研究富集驯化了4种降解ZEN的细菌菌群,获得了1株玉米赤霉烯酮降解细菌新种和1个新型的ZEN降解酶Cpo C,构建了ZEN降解酶与豆血红蛋白组合的大肠杆菌高效表达系统,为玉米赤霉烯酮降解酶开发利用提供了重要理论与技术支撑。
冯钰[3](2021)在《金钱槭属的系统发育与保护基因组学研究》文中提出中国亚热带地区是第三纪孑遗植物的重要避难所,保留了许多局域分布甚至濒临灭绝的珍稀植物。然而,我们对第三纪以来的气候变化和近期的人类活动对这些孑遗植物的遗传多样性分布格局和适应性潜力的影响仍知之甚少。金钱槭属(Dipteronia Oliv.)为东亚特有的第三纪孑遗木本属,古近纪曾广泛分布于东亚和北美,而现存的两个物种仅分布于东亚孑遗植物的长期避难所,其中金钱槭(D.sinensis Oliv.)较为广泛地分布于中国西南地区,而云南金钱槭(D.dyeriana Henry)仅局限分布于云南东南部。本研究在广泛群体资源调查和采样的基础上,整合系统发育基因组学、比较基因组学及群体基因组学的分析方法,重建了金钱槭属和槭属的系统发育关系,全面探究了金钱槭属两个物种的基因组进化、遗传多样性、谱系分化和群体动态历史、近交水平及遗传负荷。获得的主要结果如下:(1)重建金钱槭属和槭属的系统发育关系本研究选取13个无患子科物种,其中包括两个金钱槭属物种和五个槭属物种,整合转录组和叶绿体基因组数据对金钱槭属和槭属的系统发育关系进行重建。与传统的形态分类结果一致,基于叶绿体全基因组和核基因数据集(2,466个直系同源基因和273个单拷贝核基因)的系统发育分析均强烈支持金钱槭属和槭属互为单系。化石校正的分子钟估算结果显示,金钱槭和云南金钱槭的分化时间为古新世-始新世交界(叶绿体CDS:52.7 Ma;单拷贝核基因:46.5 Ma),表明金钱槭和云南金钱槭均为东亚植物区系最古老的“活化石”植物。(2)金钱槭和云南金钱槭全基因组的比较分析金钱槭基因组和云南金钱槭基因组大小分别为711.47 Mbp和914.69 Mbp,染色体挂载率分别达到95.95%(2n=20)和99.5%(2n=18),基因组中分别包含437.41 Mbp(61.48%)和601.08 Mbp(65.71%)重复序列。通过转录组辅助的基因结构注释,分别在金钱槭和云南金钱槭基因组中注释得到33,282和32,837个蛋白编码基因。对金钱槭、云南金钱槭、漾濞槭和元宝槭基因组共线性分析结果表明金钱槭属两个物种的基因组经历了大规模的染色体重排。与槭属物种一样,金钱槭属两个物种基因组均只经历了一次古代的γ事件而没有经历近期的全基因组加倍。对16个蔷薇类植物进行了基因家族进化分析,结果显示,广布种元宝槭和金钱槭基因组中发生扩张的基因家族数量较多(元宝槭:1,055;金钱槭:761),而濒危物种云南金钱槭和漾濞槭中扩张的基因家族数量较少(云南金钱槭:470;漾濞槭:536)。(3)金钱槭和云南金钱槭的谱系分化和种群动态历史对金钱槭16个群体54个个体和云南金钱槭7个群体25个个体进行重测序,分别获取了5,231,915个和2,079,413个高质量单核苷酸多态性位点(SNPs)。群体遗传多样性分析表明,金钱槭的核苷酸多样性高于云南金钱槭(π=7.08×10–4 vs.π=5.02×10–4)。基于ADMIXTURE的群体遗传结构分析将金钱槭划分为两个谱系(K=2),将云南金钱槭划分为三个谱系(K=3)。进一步结合系统发育基因组学、PSMC和FASTSIMCOAL2进行谱系分化历史和种群动态历史推断,结果表明金钱槭自中新世晚期以来发生种群收缩,并在晚中新世到上新世(Phylogenomics:~4.56 Ma;FASTSIMCOAL2:~3.91 Ma)以长江为界分化为南北两个谱系;云南金钱槭的麻栗坡与文山-老寨的谱系分化时间在更新世早期到中期(Phylogenomics:~1.38 Ma;FASTSIMCOAL2:~1.57 Ma),而文山-老寨谱系在更新世中期(Phylogenomics:~0.89 Ma;FASTSIMCOAL2:~0.70 Ma)进一步发生分化。中新世末期/上新世全球气候变冷和更新世气候动荡驱动了孑遗植物在东亚发生持续片段化和谱系分化,更新世末期至全新世以来的气候变化造成了金钱槭和云南金钱槭群体收缩和片段化,而人为因素进一步加剧了部分谱系的急剧收缩。(4)金钱槭属各谱系的近交水平和突变负荷通过对金钱槭和云南金钱槭个体水平的连续性纯合片段(ROH)和群体水平的近交系数(FIS)分析,结果表明金钱槭属两个物种现有群体均存在广泛的近交。云南金钱槭近交程度高于金钱槭(FROH:0.33 vs.0.23),云南金钱槭同时存在较为严重的克隆繁殖。对两个物种的选择效率评估结果表明金钱槭的选择效率高于云南金钱槭(πN/πS=0.38 vs.πN/πS=0.50)。通过SIFT评分、Grantham评分及功能缺失突变的注释对金钱槭属两个物种进行有害突变积累的评估,结果表明有害突变的积累与各谱系的有效种群大小(Ne)呈显着的负相关(R=–0.86,P<2.2e–16)。云南金钱槭积累的有害突变比例显着高于金钱槭(P<0.0001),金钱槭的南部谱系比北部谱系积累了更多的有害突变,同时对极端有害突变有一定的清除能力。而云南金钱槭对有害突变的清除能力很弱,特别是麻栗坡谱系积累了大量严重有害的隐性突变,清除极端有害突变的能力最弱,且该谱系的突变适合度效应分布(DFE)已经严重偏离最佳适合度,有很大的灭绝风险。综上所述,本研究结果表明金钱槭属为单系类群,两个现存种均为第三纪早期分化的孑遗植物,证实了东亚植物区系的古老性。晚中新世和更新世的全球气候变化是两个物种谱系分化的主要原因,而更新世末期至全新世以来的气候变化以及人为因素促使了金钱槭和云南金钱槭群体的持续收缩和片段化。长期的局域分布和有效种群大小下降导致濒危物种云南金钱槭的选择效率减弱,近交水平增加,有害突变积累增多,适应性潜力弱。金钱槭的有效种群大小下降也导致有害突变积累增加,但对极端有害突变具有一定的清除能力。最后,我们基于本研究的结果提出了对金钱槭属两个物种及具有类似分布模式的东亚第三纪孑遗植物开展保护的策略。
漆梦媛[4](2021)在《活性污泥菌群完全矿化磺胺甲恶唑的特性与机制解析》文中指出我国是磺胺类抗生素(Sulfonamides,SAs)生产和使用大国。排放到环境中的SAs对生态环境造成了不良影响,其选择压力作用还会诱导抗生素抗性细菌的形成,对人类与环境健康造成潜在威胁。因此,寻求高效深度矿化SAs的方法具有重要的意义。目前已报道的SAs生物降解产物普遍矿化程度低、存在反转途径,无法彻底去除SAs。尽管近年来发现的由降解基因簇sad ABC调控的SAs好氧降解途径在矿化程度上有所提升,但仍存在氮杂环产物稳定积累问题,阻碍了SAs的彻底矿化。此外,大量已分离纯菌均不具备完全矿化SAs能力的事实,暗示着SAs的彻底矿化仅依靠单个菌株是不现实的,至少还有氮杂环产物降解菌亟待挖掘,甚至需要多物种相互作用实现SAs的完全矿化。活性污泥微生物由于长期暴露在SAs的选择压力下,能够驯化出具有SAs深度矿化能力的功能微生物菌群。通过以哈尔滨文昌污水处理厂的活性污泥为接种源,以磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole,SMX)作为唯一碳源和能源,获得了具有不同降解分工的富集液S1与S2,两者可分别于13.5 h和12 h内将50mg/L的SMX完全转化为等摩尔当量的氮杂环产物3-氨基-5-甲基异恶唑(3-amino-5-methylisoxazole,3A5MI)。当3A5MI的积累量达到最大值后,富集液S1与S2的降解效能发生显着差异,富集液S2始终稳定积累3A5MI,而富集液S1中3A5MI浓度逐渐降低直至消耗完全。这也导致了两者在总有机碳(TOC)去除方面的显着差异。在50 h,富集液S2最终TOC去除率为63.00±1.14%,而富集液S1的TOC去除率高达100%,实现了SMX的彻底矿化。另外,通过将碳源由SMX切换为3A5MI,从SMX矿化富集液S1中抽提到了3A5MI矿化富集液A。在具有不同SMX降解功能分工的富集液基础上,分离培养了两株核心降解菌Paenarthrobacter sp.P27与Nocardioides sp.N27,其功能地位具有重要性与唯一性:菌株P27是富集液中唯一能氧化断裂SMX分子结构中C-S-N键(SAs深度降解的起始关键步骤),并以断键后的苯环侧产物作为唯一碳(氮)源与能源的细菌;而菌株N27是唯一能直接利用氮杂环产物3A5MI作为唯一碳(氮)源与能源的细菌。通过对比双菌(P27与N27)共培养与富集液S1在降解效能上的差异,暗示了间接降解菌(利用SMX降解过程中产生的小分子中间产物进行生长繁殖的细菌)对于实现SMX彻底矿化的必要性。富集液S1在50 h可达到100%的矿化率,而双菌共培养体系在90 h的矿化率仅为75.71±1.31%。由核心降解菌与间接降解菌组成的活性微生物菌群是实现SMX彻底矿化的关键功能单元,它们之间直接或间接的正相关相互作用也直接或间接地促成了SMX的彻底矿化。通过微生物群落结构演替分析,初步鉴定了7个SMX苯环一侧的间接降解菌属(Simplicispira、Sphingobium、Hydrogenophaga、Rhizobium、Achromobacter、Alicycliphilus以及Acidovorax),与7个3A5MI间接降解菌属(Acidovorax、Simplicispira、Sphingobium、Alicycliphilus、Chryseobacterium、Pedobacter、Diaphorobacter)以及1个3A5MI间接降解菌科(Chitinophagaceae)。将不同菌属的相对丰度变化与对应时期的3A5MI降解动力学系数进行Pearson相关性分析发现,鞘脂菌属Sphingobium(r=0.5965,P=0.0005)和食酸菌属Acidovorax(r=0.8453,P<0.0001)与3A5MI降解速率的加快存在显着正相关性,Nocardioides、Sphingobium和Acidovorax三纯菌复配实验进一步验证了该相关性。另外,稳定性同位素核酸探针技术鉴定到了9个重要的OTUs,它们具有同化SMX苯环上C原子的能力。基于活性微生物的鉴定和分子生态网络分析,揭示了活性微生物间在长时间SAs选择压力下保留下来的正相关互作模式。
李方东[5](2021)在《茶树转录组组装评估与多组学生物信息平台开发》文中进行了进一步梳理茶树是我国最重要的传统经济作物,其叶制成的茶叶是世界上最受欢迎的仅次于水的第一大非酒精饮品,具有巨大的经济、健康和文化价值。近年来,随着高通量转录组测序技术的广泛应用,有力推进了茶树生物学基础研究进程。然而目前大部分组装软件及其分析流程均依据于模式植物的转录组数据设计的,其在非模式植物如茶上的应用存在诸多问题,因此急需开发适宜茶树转录组组装和分析的方法与策略。同时,随着茶树基因组和代谢组数据的增加,亟待构建能够整合大量不同类型组学信息与分析方法的综合数据分析平台。为此,本研究基于茶树基因组学、转录组学、代谢组学等数据资源,借助通用计算机系统、开放的数据库平台架构、高效的数据库存储系统,并结合智能的搜索引擎、友好多样的数据展示方式和简便易用的生物信息分析工具,优化茶树转录组数据组装策略,构建茶树基因组数据库分析平台,以促进茶树生物学大数据的共享和各类组学的挖掘研究。本研究的主要研究结果如下:(1)利用的茶树八个代表性组织的高深度二代转录组测序数据,通过随机抽取数据法进行全组织混合组装模拟,抽取的测序数据量为32 Gb,然后使用五种主流的转录组从头组装软件(SOAPdenovo、Trans-ABy SS、Trinity、Bridger和Bin Packer)分别进行茶树转录本重构组装,利用植物直系同源单拷贝基因库比对、公共数据库注释和转录本表达模式的分析等统计学方法进行评价。结果发现在使用32 Gb模拟测序数据量进行转录组组装时,Bin Packer组装软件和Bridger组装软件的各项评估指标均优于其他三个软件。进一步比较得出,Bridger软件在转录本N50长度、平均序列长度和序列完整性指标上略优于Bin Packer软件,同时组装的完整性也和茶树三代转录组测序相当,说明这两个软件尤其是Bridger可能更加适合茶树转录本的从头组装。(2)通过随机抽取序列进行不同数据量全组织混合和单组织组装,模拟茶树4-84 Gb测序量下使用上一步已评价较适合的Bridger组装软件分别进行组装,然后评估数据量对茶树转录组组装的影响。通过对组装结果基本指标进行统计和BUSCO评价分析得出,当茶树全组织混合组装的数据量为48 Gb时各项指标均较优,说明48Gb是茶树全(多)组织组装的优先选择的测序量。进一步进行单组织和多个组织不同数据量的组转评估得出:1)随着单组织测序数据量的增加,组装出转录本的数量也在增加,同时BUSCO评估的缺失率也在降低。当数据量达到6 Gb时,8个组织中6个组织的组装BUSCO缺失低于20%;继续增加至数据量至9 Gb时,8个组织组装的BUSCO缺失均低于20%,甚至嫩叶样本的完整性超过90%。2)对多个组织进行不同数据量组装时,其变化规律和单组织组装相似;同时两个以上组织的混合组装得到的转录本数量和完整性也优于单个组织的组装。这些结果说明,单组织组装数据量在6至9 Gb时可以获得较好的结果,性价比较高,但继续增加单组织组装的数据量或者进行多个组织混合组装均可提高转录本的数量和组装完整性。(3)本研究通过广泛收集和自主测序,整理并获得了茶树基因组图谱、24种山茶属植物共计97个转录组、代谢组、甲基化组、种质资源及大量生物和非生物胁迫基因表达谱数据,利用基因表达和代谢物分布模式的相关性等建立起各数据之间的联系;通过Mysql数据库存储、网页服务器工具和基于JAVA语言等各类计算扩展包,构建了以茶树基因图谱为框架的茶树基因组数据库平台。平台通过前端HTML5网页设计数据库整体界面,集成高性能的搜索引擎和友好的可视化工具,为用户提供基本的检索和结果的展示,以及批量下载各类丰富的数据信息。通过集成各类生物信息分析工具(如BLAST,GO和KEGG功能聚类,相关性分析,同源基因搜索,ORF搜寻,多态性SSR位点鉴定和引物设计等),有助于研究者快速检索以及深度挖掘数据库中丰富的组学数据并实现批量数据获取和可视化。以TPIA收集的不同种茶组植物的转录组和基因组数据为应用实例,本研究初步构建了代表性茶组植物的系统发育框架,结果表明,这些茶组植物物种可分为三组,其中栽培茶树聚集在一起并和C.makuanica、C.tachangensis等构成姐妹组,大理茶是该系统进化关系的基部类群。我们进一步检索了茶组植物叶片中儿茶素和咖啡因的代谢积累数据,然后根据物种分类关系将其映射到构建的系统发育关系上。结果表明,茶叶品质相关代谢物(如儿茶素)的含量随着物种进化轨迹而增加,最近分化的茶树积累的儿茶素和咖啡因比古老分支的物种多。这些数据全面揭示了茶组植物茶叶品质相关特征代谢产物的动态演化,为未来茶树功能基因组学研究和育种提供新的见解和重要线索。综上所述,本研究通过对茶树转录组装策略的研究和优化,探索了适宜茶树二代转录组组装的软件和测序量;同时对基因组学等相关组学数据进行广泛收集和分析,构建了茶树目前最全面的基因组数据库平台,为茶树分子生物学研究提供了丰富的数据和理论基础,将有助于推动茶树功能基因组学、进化生物学和群体遗传学等研究以充分发掘利用茶树优质基因资源,进而指导茶树遗传育种和品种改良,进而促进茶产业的可持续发展。
杨森[6](2021)在《餐厨垃圾厌氧消化系统失衡微生态响应研究》文中认为餐厨垃圾产量大、成分复杂,因其有机物含量丰富、含水率高、易腐变质,因此对公众健康和环境安全构成极大威胁;自另一方面看,餐厨垃圾也是一种蕴含巨大生物质潜能的“资源”。厌氧消化处理不仅可以消除其污染特性,而且可产生生物质气体,已成为餐厨垃圾最具有竞争力的资源化处理方式之一。现有研究及实际工程运行统计表明,餐厨垃圾厌氧消化系统稳定性差,系统内微生物极易受环境、负荷、油脂等扰动影响、导致失衡。本着探明餐厨垃圾厌氧消化系统失衡的微生态响应机制,寻求指示系统稳定性的特征等目的,本研究通过构建响应面实验、采用宏基因组学技术开展了餐厨垃圾厌氧消化系统失衡前后微生物群落演替、代谢路径变化等微生态响应机制研究,得出主要研究结论如下:(1)通过响应面分析法确定了餐厨垃圾厌氧消化系统稳定性的关键因素序列:温度>负荷>油脂含量;同时建立了餐厨垃圾厌氧消化产甲烷率二次多项式数学模型,从而求得餐厨垃圾厌氧消化产生甲烷的理想反应条件为:中温(40℃)、有机负荷(3.0kg VS/(m3·d))、油脂含量(2%);为模拟系统失衡实验找出了本研究条件下的临界条件。(2)通过餐厨垃圾厌氧消化系统稳定与失衡两种状态微生物群落比对分析得出,系统失衡前后水解酸化菌由Pseudomonas、Acidovora、Parabacteroides、Thauera逐步演变为Aminobacterium及Clostridium等;本实验水平下厌氧消化系统稳定期主要以乙酸、乙醇产甲烷途径为主,此时主导的产甲烷菌为Methanothrix,产甲烷效率较高;系统失衡后Methanothrix丰度降低,随之与甲烷代谢中有关CO2代谢途径基因丰度明显降低,Methanoculleus丰度相对增加,最终形成细菌占比极高,古菌占比极少的厌氧消化系统失衡微生物群落结构体系。(3)由RDA分析知系统由稳定到失衡的过程分为三个阶段:(1)厌氧消化系统中有机质含量提升,促使宜碱性产酸菌(主要为Pseudomonas、Acidovora、Parabacteroides)丰度提升,导致系统内挥发性脂肪酸(VFAs)含量增加,总碱度(TA)下降,p H值小幅波动;(2)TA下降到一定程度后,p H出现下降,VFAs出现轻度累积,宜酸性水解产酸菌(主要为Aminobacterium及Clostridium等)丰度上升,进一步加剧系统酸化现象;(3)p H因TA不足出现大幅度下降,导致宜碱性水解产酸菌、VFA降解菌及厌氧消化中主要产甲烷菌受环境酸化影响丰度大幅度下降,最终形成厌氧消化系统失衡微生物群落结构体系、系统失衡。综上,开展“宜酸性水解产酸菌”及“宜碱性水解产酸菌”丰度变化检测,对厌氧消化系统稳定运行具有较好的指示意义。(4)针对系统失衡前后微生物代谢通路研究发现,餐厨垃圾厌氧消化系统酸化失衡时,乙酸、丙酸、丁酸合成代谢通路均有响应;在乙酸代谢中,路径4中与acetate-Co A ligase(ADP-forming)subunit alpha相关基因acd A及路径6中与aldehyde dehydrogenase(NAD+)相关基因ALDH丰度变化较大;丙酸代谢中主要代谢路径相关酶acetate---Co A ligase(ADP-forming)subunit alpha、acetyl-Co A synthetase的基因acd A、ACSS,及acs丰度变化较大;而与丁酸代谢相关的酶phosphate butyry、ltransferase butyrate kinaseptb的基因buk基因丰度呈上升趋势,变化明显。同时,产甲烷代谢中对CO2利用的甲烷呋喃合成受阻,甲烷菌能量代谢路径受阻,稳定期的关键产甲烷菌丰度下降,产甲烷通路在初期受阻,系统失衡。
徐志伟[7](2021)在《基于宏基因组纳帕海高原湿地细菌与病毒种群结构研究》文中提出病毒是数量最多的生物,在调节微生物群落结构、推动生物地球化学循环、遗传物质的水平转移等方面具有重要作用。目前环境病毒学的报道主要集中于海洋和淡水湖泊等生态环境,而高原湿地病毒研究相对较少。因此,以我国独有的纳帕海高原湿地为研究对象,利用病毒宏基因组学的研究方法,对其中的微生物进行测序和生物信息学分析,以期探索病毒和原核生物在高原湿地环境中的群落分布及生态作用。主要研究结果如下:1.纳帕海高原湿地共鉴定原核微生物210个门、3,341个属。细菌域184个门,变形菌门、酸杆菌门和放线菌门是湿地优势菌门。水体中变形菌门和拟杆菌门的丰度高于土壤,土壤中酸杆菌门、放线菌门、疣微菌门、绿弯菌门、念珠菌门的丰度高于水体。3,262个细菌属中,根瘤菌属为土壤中优势菌属,而水体中优势菌属则为弯曲杆菌属和噬甲基菌属。古菌域鉴定13个门、32个属。真核域鉴定13个门、47个属。2.宏基因组功能基因中,氨基酸转运和代谢为最具代表性的功能基因,其次为能源生产和转换功能、辅酶转运和代谢功能、脂质转运和代谢功能、信号转导机制功能基因。3.纳帕海高原湿地中碳、氮代谢基因丰度较高,湿地微生物固碳途径以卡尔文循环、还原性三羧酸循环和3-羟基丙酸循环为主,变形菌门、绿弯菌门、泉古菌门为主要固碳菌群;氮循环过程,固氮和异化硝酸盐还原过程主要集中在水体,硝化和反硝化过程则集中在土壤,菌群为变形菌门、硝化螺旋菌门、疣微菌门、放线菌门、奇古菌门和广古菌门等。4.病毒种群结构研究显示:纳帕海高原湿地中DNA病毒占99.4%,RNA病毒占0.6%;DNA病毒中噬菌体所占比例为47.95%;长尾病毒科、肌病毒科、类双生病毒科、疱疹病毒科、藻类DNA病毒科和拟菌病毒科为优势病毒科。5.纳帕海高原湿地中病毒预测的宿主丰度与宏基因组测序统计的原核生物丰度基本一致。变形菌门和放线菌门仍然是优势菌群,厚壁菌门在病毒预测中存在相对较高丰度。水体和土壤样本之间病毒群落和原核宿主群落分布和组成差异显着,而土壤与土壤样本之间病毒群落和原核宿主群落结构差异较小。6.病毒群落和环境因子相关性分析表明,影响病毒群落的非生物环境因子有总氮(TN)、水温、叶绿素a和锌。此外,四种优势病毒在纳帕海高原湿地的地理位置分布不均,微病毒科主要分布于下游土壤中;大部分长尾病毒科分布在上游土壤样本;藻类DNA病毒科和疱疹病毒科则主要分布在纳帕海湿地湖水。7.藻类DNA病毒系统发育分析表明,纳帕海湿地中噬藻体具有丰富的多样性,包含了目前已知的六种藻类DNA病毒属,少部分序列存在差异,可能存在新的藻类DNA病毒;纳帕海丰富的藻类病毒源于其独特的地理形成。8.纳帕海高原湿地中病毒辅助代谢基因主要包括光合作用相关基因psb A,光合电子传递基因ATPase,碳代谢相关基因pfk、pgk、tpi A、pyk,氮代谢相关基因nif U、nif R,DNA生物合成相关基因cob S、maz G、pur M,硫代谢相关基因Tus、Moa、Thi S、Thi F、nif S,磷酸盐代谢相关基因pho H、pst S,热激基因hsp,UDP-硫喹诺糖合成酶UDP-SQ等。AMG调控宿主的关键代谢过程如光合作用、戊糖磷酸循环途径、碳循环途径、铁硫簇合成、DNA生物合成等。病毒辅助代谢基因对宿主关键代谢反应的维持和抑制有助于病毒获得更多的感染机会并提高感染几率,进而释放更多的病毒子代。本研究开展了纳帕海高原湿地微生物群落多样性研究,并对其固碳途径、氮代谢途径、病毒种群结构模式和病毒基因组中辅助代谢基因进行了初步分析,了解病毒与病毒之间、病毒与宿主之间、病毒与环境之间的关系,拓展了人们对病毒的理解,加深了病毒对生态及人类作用的认识。为我国湿地环境的综合治理和保护提供了必要的借鉴和参考,为解析地球元素循环提供了基础资料。
王威雁[8](2021)在《长期保护性耕作农田增温潜势、氮平衡及N2O排放的微生物作用研究》文中认为温室气体排放和活性氮损失是引起全球气候变化的主要因素,而农业活动是温室气体排放和活性氮损失的重要来源。氧化亚氮(N2O)是一种生命周期长、增温潜势大的温室气体,是农田活性氮损失的重要组成部分。土壤氮功能微生物介导的氮循环是土壤N2O产生的主要来源,同时土壤氮功能微生物的群落结构和功能受到耕作强度的显着影响。以深松耕和免耕为主要特征的保护性耕作措施被普遍认为是一种改善土壤健康和减少农田氮损失的农业管理措施,在我国北方农田大面积推广应用。因此,研究保护性耕作农田土壤温室气体排放和氮平衡特征可为构建高效、生态、可持续的保护性耕作技术体系提供理论支撑;探明长期保护性耕作土壤-微生物-N2O排放三者的潜在关系和互馈机制是实现保护性耕作氮平衡状态优化、耕地质量提升和农田土壤固碳减排的关键科学问题。基于此,本研究以“耕作-土壤-微生物-温室气体”为主线,以长期保护性耕作措施下“冬小麦-夏玉米”复种农田生态系统温室气体排放和氮平衡为切入点,研究我国北方农田全球增温潜势及氮平衡对长期保护性耕作的响应机制,以期为长期保护性耕作对实现农业生态系统全球增温潜势降低和氮盈余基准降低提供科学依据。本研究通过田间试验和微生物分子生物学相结合的方法,揭示长期保护性耕作下土壤功能微生物在各个耕作处理的分布格局、时空差异以及氮循环特征,同时结合原位土壤N2O排放特征,运用结构方程模型,从微生物角度论证长期保护性耕作土壤N2O排放与功能微生物的互馈关系,揭示长期保护性耕作土壤N2O产生-还原的微生物作用机制,研究结果为深入探讨长期保护性耕作土壤中氮素循环和温室气体排放的微生物过程及机制提供理论依据。主要结论如下:(1)黄土高原“冬小麦-夏玉米”农田土壤温室气体排放通量和累积排放量受耕作措施的显着影响,尤其耕作对施肥后的排放峰值以及高强度排放时期的持续时间的影响最为显着。整体而言,CO2和N2O平均排放通量和累积排放量在不同长期耕作措施下的表现为翻耕>深松耕>免耕,CH4平均吸收量和累积吸收量在不同长期耕作措施下的表现为免耕>深松耕>翻耕。同时,长期保护性耕作对农田土壤有机碳表现出固存效应,传统耕作表现出激发效应。此外,保护性耕作农田的全球增温潜势、净综合温室效应以及排放强度均显着低于传统耕作,表明长期保护性耕作农田的产量效应和环境效应均优于传统耕作,即农田全球增温潜势存在明显的随耕作强度递增效应。(2)基于两个连续周年生长季的原位观测,在同等施氮量(480 kg N ha-1yr-1)的条件下,与翻耕相比,深松耕和免耕在两个周年生长季节分别显着减少了39.7%和55.3%的N2O排放损失,分别显着减少了52.3%和147.7%硝酸盐淋溶损失。同时,深松耕显着提高了4.0%的地上部氮吸收和5.9-8.1%周年产量。尽管深松耕和免耕处理下NH3挥发增加了46.7%和84.3%,但二者总活性氮损失平均分别减少了7.4%和22.4%。此外,深松耕和免耕显着增加了0-100cm土层中土壤全氮的累积量。综合氮输入和输出,深松耕处理下土壤氮盈余较低,这主要是由于作物氮吸收的增加和活性氮损失的减少形成的。因此,在我国北方农业生产系统中,长期深松耕通过提高作物生物量中氮的去除率,减少N2O排放和硝酸盐淋失,实现了作物生产力和农业环境效益的提升。(3)长期保护性耕作通过调控土壤理化性质,影响氮功能基因丰度,进而改变了了N2O排放状况。其中,深松耕和免耕显着增加土壤中NO3-和全氮含量,同时显着的降低了土壤p H和NO2-的含量。深松耕和免耕处理下古菌amoA、nirK和nirS基因的丰度显着降低,而nosZ基因的丰度显着增加。综上,不同耕作处理土壤氮循环功能基因丰度的差异,导致不同耕作处理土壤各个氮循环途径的活动发生差异,形成了不同的N2O源汇能力。保护性耕作条件下编码硝酸还原酶基因丰度的降低抑制了NO3-向NO2-的转化,减少了N2O产生的底物,同时编码N2O还原酶基因丰度的增加,促进了N2O向N2的还原,最终实现长期保护性耕作土壤N2O排放的减少。(4)长期保护性耕作影响反硝化微生物群落组装过程,改变反硝化微生物群落物种组成和多样性,进而影响土壤反硝化过程。保护性耕作处理下nirK、nosZⅠ和nosZⅡ型反硝化微生物群落的物种组成多样性和系统发育多样性均显着增加,nirS型反硝化微生物群落的物种组成多样性和系统发育多样性显着降低。在所有耕作处理下随机性组装过程主导了四种反硝化微生物群落的组装,但深松耕和免耕处理下nirK、nirS和nosZⅠ群落的确定性组装过程显着弱于翻耕处理。此外,深松耕和免耕处理土壤nirK、nosZⅠ和nosZⅡ反硝化微生物群落的物种迁移率显着高于翻耕处理,表明保护性耕作土壤反硝化微生物群落演替更符合中性过程,而nirS趋势相反。综上,保护性耕作降低了nirS群落多样性、nosZⅠ群落生态位宽度以及nirS和nosZⅠ型反硝化微生物物种(如:Polymorphum_gilvum、Acdovorax_sp._NO.1和Herbaspirillum_sp._TSO 26.2等)丰度,同时增加了nosZⅡ群落生态位宽度和nosZⅡ型反硝化微生物物种(如:Afipia_sp._1NLS2,Massilia_sp._TSO8和Haliscomenobacter_hydrossis等)丰度,从而实现了N2O排放的减少。(5)保护性耕作减少土壤原位N2O的排放与微生物驱动的氨氧化过程、反硝化过程和N2O还原过程相关功能微生物的迅速变化密切相关,此外还与土壤性质和土壤氮代谢网络活性的差异有关。长期保护性耕作可以显着改变微生物群落,从而改变土壤N2O产生过程和还原过程的强度。N2O还原微生物(nosZI和nosZII)生态位的差异是造成长期保护性耕作与传统耕作土壤N2O排放差异的关键生物因子,保护性耕作土壤nosZII型N2O还原微生物占据优势,而传统耕作土壤nosZI型占据主导。此外,长期保护性耕作土壤参与典型反硝化作用的微生物活动被抑制,而参与硝酸盐和亚硝酸盐转运的微生物活性被显着提升。PLS-PM模型揭示了长期保护性耕作优化了土壤氮循环相关功能微生物群落结构,从而强化了N2O汇的能力,同时抑制了N2O源的能力,实现了对N2O排放的抑制,这些结论将有助于提高旱地农业土壤的氮素利用效率和作物产量的形成。综上所述,在小麦-玉米复种模式农田中,采用保护性耕作能够优化土壤功能微生物群落,并且强化农田土壤碳汇和氧化亚氮汇的能力,进而促进土壤有机碳的积累,实现减缓农田生态系统温室气体排放强度和降低氮盈余基准。
崔广鑫[9](2021)在《许氏平鲉精子超低温冷冻保存、人工授精技术开发及高密度遗传连锁图谱构建》文中认为许氏平鲉(Sebastes schlegelii)肉质鲜美、富含多种蛋白质、具有较高的营养价值,深受北方沿海居民的喜爱。其具有洄游范围小、繁殖能力强、在北方海域可以自然越冬等优点,现已成为我国北方沿海网箱养殖、增殖放流的重要经济鱼种。许氏平鲉是典型的卵胎生鱼类,生殖周期长,存在苗种获得困难、良种选育难度大等问题,同时随着许氏平鲉养殖产业的进一步发展,养殖企业对优质种苗的需求日益增加,如何稳定获得大量优质苗种以及加快良种选育进程是目前许氏平鲉产业健康发展亟待解决的问题。本研究首先对许氏平鲉精子进行超低温冷冻保存研究,以精子复苏率与精子相关酶活性为评价冷冻保存精子质量的指标,初步探索出许氏平鲉精子超低温冷冻的方法,为其他卵胎生鱼类精子的冷冻保存提供参考;其次,本研究首次将冷冻复苏后的许氏平鲉精子用于人工授精研究,通过人工受精技术成功构建许氏平鲉杂交F1群体,并利用SSR标记对其进行亲子鉴定,为后续遗传连锁图谱的构建以及人工选育提供新的思路;以许氏平鲉杂交F1群体为构图群体,通过RAD-seq测序技术在许氏平鲉全基因组范围内开发SNP标记,完成许氏平鲉高密度遗传连锁图谱的构建,为许氏平鲉分子辅助育种以及后续基因组学研究提供参考。1.许氏平鲉精子超低温冷冻保存及酶活性检测为建立卵胎生经济鱼类许氏平鲉精子超低温冷冻保存方法,本研究以HBSS、MPRS、Cortland、Ringer,s和TS-2作精子稀释液,添加不同体积浓度(5%、10%、15%、20%和25%)的二甲基亚砜(DMSO)、乙二醇(EG)、丙二醇(PG)、甲醇(MEOH)和丙三醇(Gly)作为抗冻剂对许氏平鲉精子超低温冷冻保存效果进行研究,通过对冻精和鲜精的ATP酶、琥珀酸脱氢酶(SDH)、乳酸脱氢酶(LDH)、肌酸激酶(CK)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽还原酶(GR)等6种酶活性的测定对冻精质量进行评价。结果显示:HBSS+20%DMSO、TS-2+15%DMSO和TS-2+15%EG等3组混合液作精子抗冻保护液时,许氏平鲉精子复苏率显着高于其他组(P<0.05);除GR酶外,鲜精中总ATP酶、SDH、LDH、CK、CAT酶活性均显着高于添加抗冻液组(P<0.05)。总体来说TS-2+15%EG组合冷冻保存精子效果最好,可用于后续许氏平鲉精子冷冻保存。2.许氏平鲉人工授精技术开发及全同胞家系建立与鉴定为建立许氏平鲉人工授精方法,利用HBSS+20%DMSO、TS-2+15%DMSO以及TS-2+15%EG三组精子冷冻保存最优组合保存许氏平鲉精子(冷冻时间>48h),生理盐水组作对照,冻精组精子冷冻复苏后用于人工授精实验,统计受精成功率,并利用微卫星标记对产出的后代进行亲子鉴定。结果显示,TS-2+15%EG组受精成功86.7%,均显着高于HBSS+20%DMSO组(14.4%)和TS-2+15%DMSO组(44.4%)(P<0.05),表明可以用TS-2+15%EG组合用于许氏平鲉精子冷冻保存后的人工授精。微卫星进行亲子鉴定,显示人工授精获得的后代仔鱼与雌雄亲本均具有亲权关系。本研究首次对许氏平鲉进行人工受精实验研究,初步探索出许氏平鲉人工授精方法,有效解决了当前利用野生孕期雌性亲鱼进行繁殖的窘境,为许氏平鲉苗种繁育、人工选育及种质资源保存提供技术支撑。3.许氏平鲉RAD-seq测序及SNP标记开发本研究利用人工受精技术构建的杂交F1群体(共130个样本,包括2个亲本和128个子代样本),进行RAD-seq测序,群体检测获得原始SNP标记4,181,251个,其中只在父本中杂合的SNP标记192,038个,只在母本中杂合的SNP标记195,534个。以比对质量值≥20,深度≥4为标准,筛选获得SNP标记2,609,342个,对上述SNP标记进一步筛除缺失率大于10%,最小等位基因频率低于5%的位点,得到SNP标记65,603个。为后续遗传连锁分析,采用卡方检验,对上述65,603个候选SNP标记进行偏分离过滤,偏分离设定的阈值P为0.05,挑选双亲拟测交位点(“hk×hk”、“nn×np”、“lm×ll”),同时经过偏分离分析,最终筛选出高质量SNP标记共40,155个。本研究通过RAD-seq测序技术获得大量高质量的SNP标记,为后续遗传连锁分析奠定基础。4.许氏平鲉高密度遗传连锁图谱的构建在人工授精技术构建的杂交F1群体随机挑选128个样本,以2个亲本和128子代个体为作图群体,完成许氏平鲉高密度遗传连锁图谱的绘制,遗传图谱具有较高的SNP标记密度,共有24个连锁群,与许氏平鲉单倍体染色体数目相同。雌性图谱中包含21,725个SNP分子标记,图谱总长2070.22c M,标记间平均间隔为0.04-0.27c M;雄性遗传连锁图谱总长1915.24c M,共24,022个SNP标记,标记间的平均间隔为0.05-0.14c M;整合图谱包含40,131个SNP分子标记,总长为2080.03c M,图谱覆盖率高达99.86%,完整性较高。许氏平鲉高密度遗传连锁图谱的构建为后续重要性状的QTL定位分析、基因组学研究以及分子标记辅助育种提供了良好素材。
林萍[10](2021)在《基于“中药多糖-产丁酸菌”研究健脾方参苓白术散的微生态机制》文中研究指明目的:参苓白术散作为常用方剂,在临床上治疗脾虚湿盛型泄泻效果显着,运用广泛,实验研究表明这些中药复方能够调节肠道菌群,达到治疗泄泻的目的。但是对参苓白术散复方的何种成分起到调节肠道菌群作用的研究很少。而多糖作为中药的主要成分之一,在发酵过程中可作为特定肠道菌群的独特碳源,可能是调节肠道菌群的作用成分。产丁酸菌作为一类功能菌群,其代谢产物丁酸已被证明对泄泻具有治疗作用。目前,对于“中药多糖-产丁酸菌”的研究较少,亟待加强。基于以上背景,本研究以热激法、气相色谱分析、16S r RNA基因基因测序、第二代测序、第三代测序、以参苓白术散为唯一碳源进行体外碳源实验等技术,围绕“中药多糖-产丁酸菌”进行研究,旨在通过动物实验与体外碳源实验联合,研究参苓白术散中药与其多糖成分调节肠道产丁酸菌的微生态机制。方法:(1)通过水浴热激筛选芽孢菌,再通过涂布、划线进行分离,并通过产酸实验、革兰氏染色、气相色谱分析、16S r RNA基因等生理实验与分子分析方法进行产丁酸菌鉴定,为后续实验提供模式菌材料。(2)通过二代和三代即Illumina与Pac Bio的测序方式对分离的产丁酸菌进行全基因组测序,并对基因组信息进行概述,包括基因组大小、t RNA、r RNA、CDS数目等进行分析。利用Glimmer(http://ccb.jhu.edu/software/glimmer/index.s htm L),Gene Mark S,Prodigal软件对基因组中的编码序列(CDS)进行预测。通过预测得到分离菌功能基因的核酸序列和氨基酸序列,用于后续功能和系统进化分析。扫描图组装结果默认使用Glimmer进行预测,完成图组装结果默认使用G limmer预测染色体基因组,使用Gene Mark S预测质粒基因组。通过全基因组分析了解该菌RAZ1的基因特点。(3)通过抗生素、艰难梭菌灌胃诱导肠道菌群失调模式构建AAD(Antibiotic-associated diarrhea,抗生素相关性腹泻)大鼠模型,造模后大鼠出现食少、粪便不成形、反应灵敏度降低等症状。使用参苓白术散汤剂进行治疗,治疗后AAD大鼠逐渐恢复饮食、粪便成形、灵敏度提高。采集各阶段大鼠粪便并提取DNA,使用丁酰辅酶A-辅酶A转移酶基因引物BCo Atscr F和BCo ATcr R对粪便DNA基因进行PCR扩增后,再采用TA cloning测序平台检测大鼠在正常阶段、AAD模型阶段和治疗阶段肠道产丁酸菌的多样性与菌群结构的变化,研究基于参苓白术散复方对肠道产丁酸菌的影响结果。(4)通过以参苓白术散多糖为唯一碳源构建多糖培养基(Polysaccharide Medium,PM),连续取样法,测定产丁酸菌在PM、及PM降解液(分别经脆弱拟杆菌、多形拟杆菌、厚壁菌YT2)中的生长曲线和丁酸浓度曲线,进一步研究参苓白术散中药多糖成分对产丁酸菌的生长与产丁酸浓度的影响,完成参苓白术散多糖成分是否能调节肠道产丁酸菌的体外研究。结果:(1)在健康成人粪便中分离出一株产丁酸菌RAZ1,菌落形态呈光滑的乳白色圆形凸起,革兰氏染色阳性。气相色谱分析结果表明RAZ1具有产丁酸能力。16S r RNA基因进化树结果显示,RAZ1菌属于梭状芽孢杆菌。(2)菌株RAZ1样本的染色体基因组数量为1,不含基因组的质粒基因,基因组大小为4056467 bp,基因数量为3902个,基因总长度为3427287 bp基因组GC含量为28.05%,测序深度为378.42。t RNA数量有85个,r RNA数量为30个。NR数据库比对结果为共3899个编码蛋白;Swiss-Prot数据库比对结果为共得到2592个注释蛋白;Pfam数据库比对结果为共得到3039个注释蛋白;COG数据库比对结果为共得到3196个注释蛋白;GO数据库比对结果为共得到2783个注释蛋白;KEGG数据库比对结果为共得到1811个注释蛋白。(3)参苓白术散治疗AAD大鼠实验中,AAD大鼠粪便产丁酸菌多样性结果为:正常喂养阶段以Roseburia属为主,还有Clostridium、Eubacterium、Lacrimispora、Psychrosphaera、Agathobacter、Geobacillus、Oscillibacter属,共8个属;建模阶段,减少到只有3种属,以Clostridium属最多,其次是Roseburia和Anaerofustis属;治疗阶段,属的种类逐渐恢复到7种,以Eubacterium属最多,Clostridium属和Roseburia属次之,还有Lacrimispora、Hydrogeniiclostidium和Bacteroides属。系统发育树显示,所有样本序列可归属于16个Cluster,基于16S分析,产丁酸菌在系统分类结构上主要优势菌群存在于厚壁菌门(Firmicutes)中,也有部分产丁酸菌分布在拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)。将参苓白术散汤剂治疗AAD大鼠各阶段的簇进行百分比分析可知:SPD1,产丁酸菌分布最广,分布于11个Cluster中;SPD2产丁酸菌多样性显着降低,只分布在5个Cluster中,其中Cluster11占主要部分;SPD3产丁酸菌分布在7个Cluster中,与SPD1相比,多样性降低,但与SPD2相比,多样性回升,产丁酸菌结构也发生改变,Cluster11比例降低,Cluster4所占比例明显增加。(4)产丁酸菌与多糖降解菌的组合在参苓白术散多糖培养基中最大生长结果比较显示:产丁酸菌与多形拟杆菌组合最大生长结果优于产丁酸菌与厚壁菌YT2组合优于产丁酸菌与脆弱拟杆菌组合优于产丁酸菌独自培养,最大生长结果分别为:(0.959±0.09)×109CFU/m L、(0.929±0.09)×109CFU/m L、(0.686±0.09)×109CFU/m L、(0.129±0.09)×109CFU/m L。产丁酸菌与多糖降解菌的组合在参苓白术散多糖培养基中的最高产丁酸浓度结果分别为:3540.67 mg/L、3614.67mg/L、2725 mg/L、342 mg/L。与对照组BHI复合碳源相比,产丁酸菌与多糖降解菌的组合中,最大生长结果比较为:产丁酸菌独自培养优于产丁酸菌与多形拟杆菌组合优于产丁酸菌与厚壁菌YT2组合优于产丁酸菌与脆弱拟杆菌组合。最大生长结果分别为:(0.916±0.09)×109CFU/m L、(0.474±0.09)×109CFU/m L、(0.263±0.09)×109CFU/m L、(0.220±0.09)×109CFU/m L,产丁酸浓度分别为:2835.67 mg/L、1625 mg/L、1126.67 mg/L、1147.5 mg/L。产丁酸菌在经多糖降解菌降解的参苓白术散PM降解液中最大生长结果皆大于在经多糖降解菌降解的BHI降解液。结论:根据生理实验与分子实验结果显示,实验成功从健康成人粪便中分离出一株菌RAZ1,具有产丁酸功能,符合对产丁酸菌的定义。全基因组结果表明该菌基因组大小为4056467 bp,基因数量为3902个,基因总长度为3427287 bp基因组GC含量为28.05%,测序深度为378.42。t RNA数量有85个,r RNA数量为30个。RAZ1菌存在大量碳水化合物活性酶,主要包括糖苷水解酶、糖基转移酶、碳水化合物酯酶和辅助活动的酶,其中包含RAZ1菌的产丁酸途径,从基因组角度剖析产丁酸菌生产丁酸的生产代谢途径。实验选择一株购买的丁酸梭菌进行与实验室分离的产丁酸菌进行对照,进行后续体外碳源实验。实验表明参苓白术散具有调节AAD模型大鼠肠道产丁酸菌多样性的功能,能够恢复被抗生素破坏肠道产丁酸菌多样性。根据以参苓白术散多糖为唯一碳源的体外实验,结果提示,参苓白术散调节肠道产丁酸菌菌群的机制可能是参苓白术散多糖成分被肠道多糖降解菌先降解为单糖/丙酮酸,再由产丁酸菌将单糖/丙酮酸分解代谢成丁酸,调节肠道菌群与肠道丁酸浓度,达到治疗效果。但参苓白术散多糖对不同多糖降解菌与产丁酸菌的组合的生长与丁酸浓度调节效果存在差异,不同碳源对不同多糖降解菌与产丁酸的组合影响也有差别,这可能是引起不同中药复方治疗作用不同的原因,亟待后续深入研究。
二、基因组测序亟待解决的问题(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、基因组测序亟待解决的问题(论文提纲范文)
(1)基于宏基因组的分类数据库及病原快速识别系统研究与应用(论文提纲范文)
缩略语表 |
摘要 |
Abstract |
前言 |
1 宏基因组病原识别的应用 |
1.1 宏基因组确认新突发疫情病原 |
1.2 宏基因组应用于临床诊断 |
1.3 宏基因组识别潜在传染病病原 |
2 目前宏基因组病原识别的工具和流程 |
2.1 测序平台 |
2.2 公共数据库 |
2.3 生物信息学分析 |
3 宏基因组分析面临的挑战 |
3.1 数据库有待完善 |
3.2 病原识别工具有待完善 |
4 拟解决的科学问题 |
5 研究思路 |
第一章 宏基因组识别数据库构建 |
1.1 实验材料 |
1.1.1 高性能服务器 |
1.1.2 软件工具 |
1.2 实验方法 |
1.2.1 数据获取与预处理 |
1.2.2 数据库分类与分级 |
1.2.3 常见病原菌非冗余数据库构建 |
1.2.4 重要病毒非冗余数据库构建 |
1.3 研究结果 |
1.3.1 分类分级数据库构建 |
1.3.2 常见病原菌非冗余数据库构建 |
1.3.3 构建不同种属病毒同源性阈值索引 |
1.4 小结与讨论 |
第二章 宏基因组病原识别流程MPIP建立 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 高性能服务器 |
2.1.2 软件工具 |
2.1.3 测试数据和数据集 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 宏基因组分类 |
2.2.2 病原特征分析 |
2.2.3 误分类纠错 |
2.2.4 未知病原迭代组装 |
2.2.5 可视化编程 |
2.2.6 测试数据MPIP分析 |
2.3 实验结果 |
2.3.1 MPIP可视化界面与运行说明 |
2.3.2 物种分类可视化结果 |
2.3.3 病原特征分析 |
2.3.4 误分类纠错 |
2.3.5 未知病原迭代组装 |
2.4 小结与讨论 |
第三章 MPIP可行性分析与评估验证 |
3.1 实验材料 |
3.1.1 高性能服务器 |
3.1.2 菌毒株与背景样本 |
3.1.3 SARI样本 |
3.1.4 未知病原模拟数据与数据库选取 |
3.1.5 新冠阳性样本 |
3.2 实验方法 |
3.2.1 模拟样本MPIP分析 |
3.2.2 SARI样本MPIP分析 |
3.2.3 模拟未知病原的迭代组装 |
3.2.4 新冠阳性样本未知病原迭代组装 |
3.2.5 未知病原迭代组装效果评价 |
3.3 实验结果 |
3.3.1 模拟样本MPIP分析结果 |
3.3.2 SARI样本MPIP分析结果 |
3.3.3 未知病原迭代组装结果 |
3.4 小结与讨论 |
第四章 MPIP在疫情检测中的应用 |
4.1 实验材料 |
4.1.1 高性能服务器 |
4.1.2 分析工具 |
4.1.3 疫情样本 |
4.2 实验方法 |
4.2.1 核酸提取和PCR检测 |
4.2.2 纳米孔测序和BGISEQ-500测序 |
4.2.3 MPIP病原识别和生物信息学分析 |
4.3 实验结果 |
4.3.1 MPIP病原识别分析 |
4.3.2 基于MPIP的病原谱识别 |
4.3.3 病原的RT-PCR检测及验证 |
4.4 小结与讨论 |
第五章 MPIP在临床诊断中的应用 |
5.1 实验材料 |
5.1.1 高性能服务器 |
5.1.2 分析工具 |
5.1.3 临床不明原因感染肺部样本 |
5.1.4 临床不明原因感染死亡病例样本 |
5.2 实验方法 |
5.2.1 临床不明原因感染肺部样本检测 |
5.2.2 临床不明原因感染死亡病例样本检测 |
5.3 实验结果 |
5.3.1 临床不明原因感染样本检测结果 |
5.3.2 临床不明原因感染死亡病例的MPIP分析 |
5.4 小结与讨论 |
第六章 结论与展望 |
参考文献 |
作者在学期间取得的学术成果 |
主要简历 |
致谢 |
(2)玉米赤霉烯酮降解酶的筛选鉴定与异源表达(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 霉菌毒素概述 |
1.1.1 霉菌毒素概况 |
1.1.2 霉菌毒素的研究现状 |
1.2 玉米赤霉烯酮概述 |
1.2.1 玉米赤霉烯酮的理化性质 |
1.2.2 玉米赤霉烯酮的毒性 |
1.2.3 ZEN的检测 |
1.2.4 ZEN的解毒机理及代谢产物 |
1.3 玉米赤霉烯酮的降解方法 |
1.3.1 物理降解法 |
1.3.2 化学降解法 |
1.3.3 生物降解法 |
1.4 玉米赤霉烯酮降解酶异源表达研究进展 |
1.5 宏基因组学概述 |
1.6 立题依据 |
1.6.1 研究目的 |
1.6.2 研究内容 |
1.7 技术路线 |
第二章 ZEN降解微生物的筛选与鉴定 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 实验样品 |
2.1.2 菌株和载体 |
2.1.3 培养基与生化试剂 |
2.1.4 酶类及试剂盒 |
2.1.5 主要仪器 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 样品采集 |
2.2.2 ZEN降解微生物群落的富集与驯化 |
2.2.3 ZEN降解菌株的分离纯化 |
2.2.4 ZEN降解菌株的鉴定 |
2.2.5 ZEN含量的检测方法 |
2.2.6 降解菌株的ZEN耐受能力分析实验 |
2.2.7 ZEN菌株的分类鉴定 |
2.2.8 ZEN降解菌株的基因组测序 |
2.3 结果 |
2.3.1 ZEN降解菌株的分离与筛选 |
2.3.2 ZEN降解菌株的复筛 |
2.3.3 菌株Z-33的ZEN降解率测定 |
2.3.4 降解菌株的基因组测序 |
2.3.5 全基因组水平的ZEN降解功能基因分析 |
2.4 讨论 |
第三章 ZEN降解菌群的宏基因组分析及降解酶的挖掘 |
3.1 实验材料 |
3.1.1 试验样品 |
3.1.2 培养基与生化试剂 |
3.1.3 酶类及试剂盒 |
3.1.4 主要仪器 |
3.2 实验方法 |
3.2.1 ZEN降解微生物群落的富集与驯化 |
3.2.2 ZEN降解率的测定 |
3.2.3 宏基因组测序 |
3.2.4 原始数据处理及组装 |
3.2.5 宏基因组的丰度分类及功能注释分析 |
3.2.6 ZEN降解酶的筛选方法 |
3.3 实验结果 |
3.3.1 ZEN降解菌群的富集驯化 |
3.3.2 降解菌群的ZEN降解率测定 |
3.3.3 降解菌群的宏基因组数据概况 |
3.3.4 降解菌群的群落结构与组成 |
3.3.5 降解菌群的功能注释与代谢途径分析 |
3.3.6 ZEN降解酶的挖掘与生物信息学分析 |
3.4 讨论 |
第四章 ZEN降解酶的异源表达及模块整合 |
4.1 实验材料 |
4.1.1 实验菌株和载体 |
4.1.2 培养基与试剂 |
4.1.3 酶和试剂盒 |
4.1.4 实验仪器 |
4.2 实验方法 |
4.2.1 引物设计 |
4.2.2 蛋白序列分析 |
4.2.3 蛋白表达载体的构建 |
4.2.4 蛋白诱导表达及纯化 |
4.2.5 ZEN降解酶的活性测定 |
4.2.6 血红蛋白模块整合的重组菌株生长曲线测定 |
4.3 实验结果 |
4.3.1 筛选基因的基本信息及序列分析 |
4.3.2 ZEN降解酶表达载体的构建 |
4.3.3 ZEN降解酶的表达与纯化 |
4.3.4 重组菌株ZEN降解酶的降解能力测定 |
4.3.5 CpoC降解酶的生物信息学分析 |
4.3.6 ZEN降解酶与豆血红蛋白氧供应功能线路的元件组装 |
4.4 讨论 |
第五章 结论 |
参考文献 |
附录A 一株新的玉米赤霉烯酮降解菌的分离与鉴定 |
附录B Shinella sp.Z-25的16S rDNA序列 |
附录C CpoC的氨基酸序列和核苷酸序列 |
致谢 |
作者简历 |
(3)金钱槭属的系统发育与保护基因组学研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 前言 |
1.1 保护遗传学 |
1.1.1 保护遗传学概念和发展历史 |
1.1.2 保护遗传学的研究内容 |
1.2 东亚第三纪孑遗植物与保护 |
1.2.1 孑遗物种的概念和保护意义 |
1.2.2 东亚第三纪孑遗植物的研究概况 |
1.3 金钱槭属研究背景 |
1.3.1 金钱槭属概况 |
1.3.2 金钱槭属的分子系统学研究进展 |
1.3.3 群体遗传及谱系地理学研究进展 |
1.3.4 金钱槭属保护生物学研究进展 |
1.3.5 金钱槭属研究存在的问题 |
1.4 研究内容与目的 |
1.4.1 研究内容 |
1.4.2 研究目的 |
1.5 技术路线 |
第二章 金钱槭属与槭属的系统发育关系 |
2.1 引言 |
2.2 材料和方法 |
2.2.1 取样及数据搜集 |
2.2.2 直系同源基因的鉴定 |
2.2.3 序列比对与系统发育分析 |
2.2.4 分化时间估算 |
2.2.5 化石校正 |
2.3 结果 |
2.3.1 转录组从头组装和低拷贝直系同源基因的鉴定 |
2.3.2 金钱槭属和槭属的系统发育关系 |
2.3.3 基于化石校正的分化时间估算 |
2.4 讨论 |
2.4.1 金钱槭属和槭属的系统发育关系 |
2.4.2 金钱槭和云南金钱槭的分化时间 |
2.5 小结 |
第三章 全基因组测序及比较基因组研究 |
3.1 引言 |
3.2 材料和方法 |
3.2.1 实验材料 |
3.2.2 基因组DNA的提取、文库构建及测序 |
3.2.3 基因组的组装和注释 |
3.2.4 比较基因组分析 |
3.3 研究结果 |
3.3.1 基因组大小、杂合度和重复率估算 |
3.3.2 基因组组装结果及组装质量评估 |
3.3.3 基因组注释 |
3.3.4 比较基因组分析 |
3.4 讨论 |
3.4.1 槭亚科的基因组结构进化 |
3.4.2 槭亚科的基因组分化历史 |
3.5 小结 |
第四章 群体遗传结构和种群动态历史 |
4.1 引言 |
4.2 材料和方法 |
4.2.1 群体调查和采样 |
4.2.2 群体重测序、SNP检测与过滤 |
4.2.3 群体遗传结构和遗传多样性分析 |
4.2.4 种群动态历史分析 |
4.3 结果 |
4.3.1 云南金钱槭野外资源状况 |
4.3.2 金钱槭和云南金钱槭的遗传多样性和群体遗传结构 |
4.3.3 金钱槭和云南金钱槭的谱系分化及种群动态历史 |
4.4 讨论 |
4.4.1 金钱槭属物种的遗传多样性及其影响因素 |
4.4.2 金钱槭和云南金钱槭的谱系地理结构和分化 |
4.4.3 种群动态历史 |
4.5 小结 |
第五章 近交与遗传负荷 |
5.1 引言 |
5.2 数据分析 |
5.2.1 近交水平的评估 |
5.2.2 选择效率的计算 |
5.2.3 突变负荷的评估 |
5.2.4 突变的适合度效应分布 |
5.3 结果 |
5.3.1 金钱槭和云南金钱槭各谱系的近交水平 |
5.3.2 选择效率及突变负荷 |
5.3.3 突变的适合度效应分布 |
5.4 讨论 |
5.4.1 生活史性状的改变对遗传多样性的影响 |
5.4.2 有害突变的积累与清除 |
5.4.3 对濒危孑遗植物保护的启示 |
5.5 小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
附录 |
在读期间的主要成果 |
致谢 |
(4)活性污泥菌群完全矿化磺胺甲恶唑的特性与机制解析(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
缩写总览表 |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 世界水安全的变革与现状 |
1.3 磺胺类抗生素概述 |
1.3.1 磺胺类抗生素的使用情况 |
1.3.2 磺胺类抗生素的残留现状 |
1.3.3 磺胺类抗生素的危害与环境风险 |
1.4 磺胺类抗生素生物降解研究现状与展望 |
1.4.1 厌氧生物降解现状 |
1.4.2 缺氧生物降解现状 |
1.4.3 好氧生物降解现状 |
1.4.4 磺胺类抗生素生物降解研究展望 |
1.5 微生物组学常用研究方法概述 |
1.5.1 传统扩增子测序 |
1.5.2 宏基因组测序 |
1.5.3 其它组学手段 |
1.5.4 稳定性同位素核酸探针技术(DNA-SIP) |
1.5.5 分子生态网络(MENs) |
1.5.6 实验设计优化——时间进程分析 |
1.6 本文的研究背景、目的和意义 |
1.7 本文的主要研究内容与技术路线 |
1.7.1 主要研究内容 |
1.7.2 研究技术路线 |
第2章 实验材料与方法 |
2.1 实验试剂及培养基 |
2.1.1 实验试剂 |
2.1.2 培养基的配置及灭菌方法 |
2.2 磺胺甲恶唑及其中间产物降解菌群的定向富集 |
2.2.1 磺胺甲恶唑降解菌群的定向富集 |
2.2.2 中间产物3-氨基-5-甲基异恶唑降解菌群的定向富集 |
2.3 化学测试方法及生长曲线的测定 |
2.3.1 样品预处理 |
2.3.2 超高效液相色谱法(UPLC) |
2.3.3 总有机碳(TOC) |
2.3.4 亚硫酸根(SO3~(2-)) |
2.3.5 氨氮(NH3-N) |
2.3.6 生长曲线的测定 |
2.4 磺胺甲恶唑及其中间产物降解菌的分离鉴定 |
2.4.1 菌株的分离及保存 |
2.4.2 DNA的提取及质检 |
2.4.3 16S rRNA基因扩增 |
2.4.4 菌株鉴定及形貌表征 |
2.5 纯菌菌液预培养 |
2.6 细菌基因组测序 |
2.6.1 基因组DNA的提取和质控 |
2.6.2 基因文库构建与测序 |
2.6.3 基因组组装 |
2.6.4 基因预测与注释 |
2.7 微生物群落相关分析 |
2.7.1 富集液总DNA的提取 |
2.7.2 16S r RNA基因扩增 |
2.7.3 测序数据处理 |
2.7.4 微生物群落结构演替 |
2.7.5 3-氨基-5-甲基异恶唑降解紧密关联菌属功能验证 |
2.7.6 稳定性同位素核酸探针技术(DNA-SIP) |
2.7.7 分子生态网络(MENs)构建 |
2.8 降解动力学模拟 |
2.9 统计学分析 |
2.9.1 Student t检验 |
2.9.2 微生物多样性指数分析 |
2.9.3 皮尔森(Pearson)相关性检验 |
第3章 活性污泥微生物组对磺胺甲恶唑的分解转化特性与功能研究 |
3.1 引言 |
3.2 磺胺甲恶唑(SMX)降解菌群的降解特性研究 |
3.2.1 SMX降解菌群的定向富集 |
3.2.2 SMX降解及中间产物生成 |
3.2.3 富集液利用SMX生长情况 |
3.2.4 亚硫酸盐(SO_3~(2-))的释放 |
3.2.5 总有机碳(TOC)分析 |
3.3 3A5MI降解菌群的定向富集及其降解特性研究 |
3.3.1 3A5MI降解菌群的定向富集 |
3.3.2 3A5MI降解菌群的降解及生长特性研究 |
3.4 功能细化菌群的微生物群落结构 |
3.5 本章小结 |
第4章 磺胺甲恶唑及其产物降解核心菌的分离鉴定与功能研究 |
4.1 引言 |
4.2 纯菌的分离纯化及鉴定 |
4.3 核心降解菌的鉴定及其形态表征 |
4.4 磺胺甲恶唑及其氧化产物核心降解菌的降解特征 |
4.4.1 菌株P27 降解磺胺甲恶唑的特性研究 |
4.4.2 菌株N27 降解3-氨基-5-甲基异恶唑的特性研究 |
4.5 菌株P27 降解磺胺类抗生素的底物谱 |
4.6 核心降解菌基因组 |
4.6.1 基因组质量评估 |
4.6.2 两株降解纯菌基因组概况 |
4.6.3 KEGG氮代谢通路 |
4.6.4 基因组BLAST比对 |
4.7 Paenarthrobacter sp.P27与Nocardioides sp.N27 复配研究 |
4.7.1 纯菌单/共培养与富集液降解效能对比 |
4.7.2 纯菌共培养对SMX浓度的适应性 |
4.8 本章小结 |
第5章 微生物互作驱动磺胺甲恶唑完全矿化机制解析 |
5.1 引言 |
5.2 好氧生物降解研究方法整合 |
5.2.1 样品源的选择 |
5.2.2 定向富集 |
5.2.3 核心降解菌的分离与高效功能单元判定 |
5.2.4 高效功能单元深度降解机制解析 |
5.3 磺胺甲恶唑及其产物降解微生物组的群落演替分析 |
5.3.1 菌门-菌属水平群落结构演替 |
5.3.2 微生物群落演替初识降解活性微生物 |
5.3.3 降解动力学联合群落演替揭示活性微生物 |
5.3.4 3-氨基-5-甲基异恶唑降解紧密关联菌属功能验证 |
5.4 DNA-SIP锁定磺胺甲恶唑-苯环降解活性菌 |
5.5 分子生态网络揭示功能微生物组互作关系 |
5.5.1 总网络(菌属水平)分析 |
5.5.2 网络模块化分析 |
5.5.3 核心网络分析 |
5.6 本章小结 |
结论 |
展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(5)茶树转录组组装评估与多组学生物信息平台开发(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 文献综述 |
1.1 茶树概述 |
1.2 转录组测序 |
1.2.1 转录组测序技术 |
1.2.2 转录组组装研究进展 |
1.3 茶树转录组的研究进展 |
1.4 植物基因组数据库研究现状 |
1.4.1 植物基因组数据库 |
1.4.2 茶树数据库建设现状 |
1.5 研究目的及意义 |
1.6 技术路线 |
第二章 茶树转录组组装 |
引言 |
2.1 材料与方法 |
2.1.1 数据的获取 |
2.1.2 茶树转录组组装方法 |
2.2 研究结果 |
2.2.1 茶树转录组组装最优化工具研究 |
2.2.2 茶树转录组组装最优化数据量研究 |
2.3 小结与讨论 |
第三章 茶树基因组生物信息学平台的构建与应用 |
引言 |
3.1 材料与方法 |
3.1.1 数据材料 |
3.1.2 方法 |
3.2 研究结果 |
3.2.1 茶树基因组注释优化 |
3.2.2 茶树基因组数据库的构建 |
3.2.3 生物信息学分析工具集成与应用 |
3.2.4 利用TPIA数据研究茶组植物的化学进化模式 |
3.3 小结与讨论 |
第四章 结论与展望 |
4.1 结论 |
4.2 创新点 |
4.3 展望 |
参考文献 |
附录A 附图 |
附录B 附表 |
作者简介 |
(6)餐厨垃圾厌氧消化系统失衡微生态响应研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 餐厨垃圾处理现状 |
1.2 厌氧消化处理技术 |
1.2.1 厌氧消化反应机理 |
1.2.2 厌氧消化稳定性主要影响因素 |
1.3 宏基因组在厌氧消化中的应用 |
1.4 研究目的、意义及研究内容 |
1.4.1 研究目的和意义 |
1.4.2 研究内容 |
1.4.3 技术路线 |
第2章 实验材料与方法 |
2.1 引言 |
2.2 实验材料制备 |
2.3 污泥选取及驯化 |
2.4 实验 1:餐厨垃圾厌氧消化关键影响因素的探究 |
2.5 实验 2:微生态响应机制探究 |
第3章 餐厨垃圾厌氧消化关键影响因素探究 |
3.1 引言 |
3.2 单因素实验 |
3.2.1 有机负荷对厌氧消化的影响 |
3.2.2 温度对厌氧消化的影响 |
3.2.3 油脂含量对厌氧消化的影响 |
3.2.4 实验小结 |
3.3 响应面的构建实验 |
3.3.1 Box-Behnken Design响应面的构建 |
3.3.2 厌氧消化响应面结果 |
3.3.3 响应面结果分析 |
3.4 重复性试验 |
3.5 测序样本的选择与分类 |
3.6 本章小结 |
第4章 宏基因组测序解析系统失衡微生物群落变化 |
4.1 引言 |
4.2 微生物差异性分析 |
4.2.1 基于PCA的群落差异性分析 |
4.2.2 基于韦恩图的群落差异性分析 |
4.3 细菌古菌丰度比例分析 |
4.4 系统失衡前后细菌群落结构分析 |
4.4.1 细菌门水平群落分析 |
4.4.2 细菌属水平群落分析 |
4.5 系统失衡前后古菌群落结构分析 |
4.5.1 温度扰动下产甲烷菌属水平群落分析 |
4.5.2 中温油脂含量对于产甲烷菌属水平群落分析 |
4.5.3 中温失衡前后产甲烷菌属水平群落分析 |
4.5.4 古菌属类水平小结 |
4.6 冗余分析(RDA)分析 |
4.7 本章小结 |
第5章 系统失衡前后关键代谢路径变化探究 |
5.1 引言 |
5.2 KEGG一级功能分布 |
5.3 KEGG二级功能分布 |
5.4 KEGG三级代谢功能研究 |
5.4.1 VFA代谢 |
5.4.2 能量代谢 |
5.5 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 展望 |
附录A |
参考文献 |
致谢 |
(7)基于宏基因组纳帕海高原湿地细菌与病毒种群结构研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 病毒概述 |
1.1.1 病毒 |
1.1.2 噬菌体 |
1.1.3 病毒的生态作用 |
1.2 微生物与宏基因组学 |
1.2.1 病毒宏基因组学 |
1.2.2 高通量测序技术 |
1.3 病毒宏基因组学研究现状 |
1.4 病毒宏基因组学的机遇和挑战 |
1.5 纳帕海高原湿地生态系统 |
1.5.1 湿地分类和现状 |
1.5.2 湿地生态系统的生物多样性 |
1.5.3 纳帕海高原湿地背景 |
1.6 本研究技术路线 |
1.7 本研究内容以及意义 |
第二章 纳帕海高原湿地微生物宏基因组分析 |
2.1 前言 |
2.2 材料与方法 |
2.2.1 样本采集 |
2.2.2 样品元素含量确定 |
2.2.3 核酸提取和高通量测序 |
2.2.4 生物信息学分析 |
2.3 结果与分析 |
2.3.1 样品理化性质分析 |
2.3.2 宏基因组文库分析 |
2.3.3 纳帕海湿地宏基因组的分类组成 |
2.3.4 纳帕海湿地宏基因组功能分析 |
2.3.5 纳帕海高原湿地微生物群落碳固定途径 |
2.3.6 纳帕海高原湿地微生物与氮循环 |
2.4 小结 |
第三章 纳帕海湿地病毒群落宏基因组学分析 |
3.1 前言 |
3.2 材料与方法 |
3.2.1 实验试剂与仪器 |
3.2.2 实验方法 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 纳帕海湿地病毒序列鉴定和丰度统计 |
3.3.2 纳帕海湿地病毒基因组功能分析 |
3.3.3 纳帕海湿地病毒群落和原核宿主的关联分析 |
3.3.4 纳帕海湿地采样点间病毒分布运动图 |
3.3.5 纳帕海湿地病毒群落结构和环境因子相关性 |
3.3.6 纳帕海湿地藻类DNA病毒的系统发生分析 |
3.4 小结 |
第四章 纳帕海高原湿地病毒群落AMGs分析 |
4.1 前言 |
4.2 材料和方法 |
4.2.1 实验材料和试剂 |
4.2.2 样品采集和处理 |
4.2.3 基因组提取和测序 |
4.2.4 病毒辅助代谢基因的筛选 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 纳帕海高原湿地病毒AMGs分析 |
4.3.2 纳帕海高原湿地病毒AMGs参与代谢通路 |
4.4 小结 |
第五章 总结与展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录A 实验常用试剂及仪器 |
附录B 攻读硕士期间发表论文目录 |
(8)长期保护性耕作农田增温潜势、氮平衡及N2O排放的微生物作用研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 文献综述 |
1.1 研究的目的和意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 保护性耕作在我国的发展现状 |
1.2.2 保护性耕作对农田土壤温室气体排放研究进展 |
1.2.3 农田生态系统土壤氮平衡研究进展 |
1.2.4 耕作-土壤协同的微生物响应研究进展 |
1.2.5 耕作-土壤-微生物驱动的N_2O排放研究进展 |
1.3 研究中亟待解决的问题 |
1.4 研究内容 |
1.4.1 长期保护性耕作对农田土壤温室气体排放及全球增温潜势的影响 |
1.4.2 长期保护性耕作对农田土壤氮流向及农田生态系统氮平衡分析 |
1.4.3 长期保护性耕作对农田土壤N_2O排放的微生物作用研究 |
1.5 研究方法和技术路线 |
第二章 试验材料与方法 |
2.1 试验地概况 |
2.2 试验设计 |
2.3 作物管理 |
2.4 测定指标与方法 |
2.4.1 土壤样品的采集 |
2.4.2 土壤理化性质测定 |
2.4.3 土壤温室气体(N_2O、CO_2和CH_4)排放测定 |
2.4.4 土壤氮素流向测定及表观平衡分析 |
2.4.5 土壤微生物群落测定 |
2.4.6 数据处理与分析 |
第三章 长期保护性耕作对农田温室气体排放的影响 |
3.1 结果与分析 |
3.1.1 长期保护性耕作对农田土壤N_2O排放的影响 |
3.1.2 长期保护性耕作对农田土壤CO_2排放的影响 |
3.1.3 长期保护性耕作对农田土壤CH_4吸收的影响 |
3.1.4 长期保护性耕作对农田土壤有机碳储量及固定速率的影响 |
3.1.5 长期保护性耕作对农田产量、全球增温潜势、净综合温室效应及排放强度的影响 |
3.2 讨论 |
3.3 小结 |
第四章 长期保护性耕作下土壤氮流向及农田生态系统氮平衡分析 |
4.1 结果与分析 |
4.1.1 长期保护性耕作对农田作物生产力和作物氮素吸收的影响 |
4.1.2 长期保护性耕作对农田土壤气态氮损失的影响 |
4.1.3 长期保护性耕作对农田土壤硝酸盐淋溶的影响 |
4.1.4 长期保护性耕作对农田土层全氮累积量的影响 |
4.1.5 长期保护性耕作对农田土壤氮平衡的影响 |
4.2 讨论 |
4.3 小结 |
第五章 长期保护性耕作下N_2O排放与土壤氨氧化和反硝化功能微生物丰度的关系 |
5.1 结果与分析 |
5.1.1 长期保护性耕作对农田土壤无机氮和pH的影响 |
5.1.2 长期保护性耕作对农田土壤氧化亚氮排放的影响 |
5.1.3 长期保护性耕作对农田土壤氮功能基因丰度的影响 |
5.1.4 长期保护性耕作对农田土壤氮功能基因动态的影响 |
5.1.5 长期保护性耕作对农田土壤氮功能基因与N_2O排放的相关性分析 |
5.2 讨论 |
5.3 小结 |
第六章 长期保护性耕作土壤反硝化微生物群落组装过程和共发生网络对N_2O排放的作用机制 |
6.1 结果与分析 |
6.1.1 耕作强度对农田土壤N_2O排放和反硝化潜力的影响 |
6.1.2 反硝化微生物群落结构和多样性对不同耕作强度的响应 |
6.1.3 反硝化微生物群落共发生网络对不同耕作强度的响应 |
6.1.4 反硝化微生物群落组装过程对不同耕作强度的响应 |
6.1.5 反硝化微生物群落组装过程和群落组成对N_2O排放的影响 |
6.2 讨论 |
6.3 小结 |
第七章 长期保护性耕作下N_2O排放与微生物介导的土壤氮循环作用过程的关系 |
7.1 结果与分析 |
7.1.1 长期保护性耕作对农田土壤原位N_2O排放的影响 |
7.1.2 长期保护性耕作对农田土壤nos ZI和 nos ZII丰度的影响 |
7.1.3 长期保护性耕作对农田土壤细菌群落结构组成和多样性的影响 |
7.1.4 宏基因组分析长期保护性耕作下农田土壤微生物的分类和功能 |
7.1.5 长期免耕和翻耕对土壤氮循环基因与氮循环微生物物种丰度的影响 |
7.1.6 微生物介导土壤氮循环途径对N_2O产生和还原的直接和间接影响 |
7.2 讨论 |
7.3 小结 |
第八章 结论与展望 |
8.1 主要结论 |
8.2 研究展望 |
参考文献 |
附录 |
致谢 |
个人简介 |
(9)许氏平鲉精子超低温冷冻保存、人工授精技术开发及高密度遗传连锁图谱构建(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 文献综述 |
1 鱼类精子超低温冷冻保存及人工授精技术研究 |
1.1 鱼类精子生理特性 |
1.2 鱼类精子超低温冷冻保存技术 |
1.3 鱼类精子超低温冷冻损伤研究 |
1.4 海水鱼类精子低温冷冻保存研究进展 |
2 鱼类人工授精技术研究 |
3 海水鱼类高密度遗传连锁图谱研究 |
3.1 遗传连锁图谱的理论基础 |
3.2 遗传连锁图谱的构建 |
3.3 高通量测序技术概述 |
3.4 海水鱼遗传连锁图谱的研究进展 |
3.5 遗传连锁图谱的应用 |
3.5.1 QTL |
3.5.2 分子辅助育种 |
3.5.3 基因组学研究 |
4.本研究目的、意义及技术路线 |
4.1 本研究目的及意义 |
4.2 技术路线图 |
第二章 许氏平鲉精子超低温冷冻保存及酶活性的检测 |
1.实验材料 |
1.1 样本来源 |
1.2 实验器材 |
1.3 实验试剂 |
2.实验方法 |
2.1 精液的采集与制备 |
2.2 精子稀释液的筛选 |
2.3 抗冻剂种类及浓度筛选 |
2.4 酶活性检测 |
2.5 数据处理 |
3 结果 |
3.1 稀释液种类对许氏平鲉精子复苏率的影响 |
3.2 抗冻剂种类及配置浓度对精子冷冻保存效果的影响 |
3.3 精子酶活性检测 |
4.讨论 |
4.1 不同稀释液和抗冻剂对许氏平鲉精子超低温冷冻保存的效果 |
4.2 超低温冷冻保存对许氏平鲉精子酶活性的影响 |
第三章 许氏平鲉人工授精技术开发及全同胞家系建立鉴定 |
1 实验材料 |
1.1 样本来源 |
1.2 实验器材 |
1.3 实验试剂 |
1.4 主要实验试剂的配制 |
2 实验方法 |
2.1 许氏平鲉人工授精 |
2.2 受精成功率的统计 |
2.3 基因组DNA的提取 |
2.4 微卫星标记鉴定全同胞家系 |
2.5 数据处理 |
3 结果 |
3.1 冻精复苏后人工授精成功率 |
3.2 基因组DNA提取 |
3.3 全同胞家系鉴定 |
4 讨论 |
4.1 卵胎生许氏平鲉精子获取 |
4.2 许氏平鲉冷冻精子用于人工授精效果 |
第四章 许氏平鲉RAD-seq测序及SNP标记的开发 |
1 实验材料 |
1.1 作图群体样本来源 |
1.2 实验器材 |
2 实验方法 |
2.1 基因组DNA的提取 |
2.2 DNA文库构建及RAD-seq测序 |
2.3 原始测序数据质量控制 |
2.4 SNP标记的开发 |
3 结果 |
3.1 基因组RAD-seq测序 |
3.2 SNP分子标记的开发 |
4 讨论 |
第五章 许氏平鲉高密度遗传连锁图谱构建 |
1 实验材料 |
1.1 构图群体来源 |
2 实验方法 |
2.1 遗传连锁图谱构建 |
2.2 图谱预期长度及覆盖率估计 |
3 结果 |
3.1 遗传连锁图谱构建 |
3.2 遗传连锁图谱覆盖率 |
4 讨论 |
小结 |
参考文献 |
已完成文章 |
致谢 |
(10)基于“中药多糖-产丁酸菌”研究健脾方参苓白术散的微生态机制(论文提纲范文)
致谢 |
中文摘要 |
abstract |
缩略词表 |
引言 |
第一章 一株肠道产丁酸菌的分离与鉴定 |
1 材料 |
1.1 样本 |
1.2 试剂 |
1.3 仪器 |
2 方法 |
2.1 粪便样本采集 |
2.2 培养基配置 |
2.3 菌株分离 |
2.4 产酸实验与革兰氏染色实验 |
2.5 气相色谱分析 |
2.6 菌株16S rRNA基因鉴定 |
3 结果 |
3.1 水浴筛菌结果 |
3.2 产酸实验与革兰氏染色实验结果 |
3.3 气相色谱分析结果 |
3.4 菌株16S rRNA基因鉴定结果 |
4 讨论 |
5 本章小结 |
第二章 基于一株分离的产丁酸菌进行全基因组分析 |
1 材料 |
1.1 菌株 |
1.2 试剂 |
1.3 仪器 |
2 方法 |
2.1 测序数据质控 |
2.2 菌株RAZ1测序方法 |
2.3 基因组组装与预测 |
2.4 基因功能注释 |
2.5 菌株RAZ1代谢系统分析 |
3 结果 |
3.1 测序数据质控结果 |
3.2 菌株RAZ1基因组装结果与基因预测 |
3.3 菌株RAZ1基因功能注释分析结果 |
3.4 菌株RAZ1的碳水化合物活性酶注释结果 |
4 讨论 |
5 本章小结 |
第三章 基于“产丁酸菌群”研究参苓白术散治疗AAD动物模型的微生态机制 |
1 材料 |
1.1 动物 |
1.2 药材 |
1.3 菌株 |
1.4 试剂 |
1.5 仪器 |
2 方法 |
2.1 AAD模型构建和参苓白术散治疗 |
2.2 粪便样品采集 |
2.3 粪便细菌总DNA提取 |
2.4 产丁酸菌群功能基因PCR扩增 |
2.5 功能基因PCR产物文库构建和测序 |
2.6 功能基因进化树构建 |
3 结果 |
3.1 AAD模型构建及治疗结果 |
3.2 AAD大鼠肠道产丁酸菌群OTU变化结果 |
3.3 AAD大鼠肠道产丁酸菌群门、属水平结构变化结果 |
3.4 AAD大鼠肠道产丁酸菌群进化树分析结果 |
4 讨论 |
5 本章小结 |
第四章 基于“产丁酸菌”组合“拟杆菌/厚壁菌”研究参苓白术散中药多糖的降解机制及对产丁酸含量的影响 |
1 材料 |
1.1 药材 |
1.2 菌株 |
1.3 主要试剂 |
1.4 主要仪器 |
2 方法 |
2.1 参苓白术散多糖的提取及含量测定 |
2.2 细菌鉴定 |
2.3 细菌厌氧培养 |
2.4 细菌OD600与细菌数量换算 |
2.5 连续取样进行气相色谱检分析测正丁酸浓度 |
3 结果 |
3.1 细菌鉴定结果 |
3.2 正丁酸标准曲线结果 |
3.3 产丁酸菌在“参苓白术散PM”中的生长曲线与产丁酸曲线测定结果 |
3.4 产丁酸菌在“经过脆弱拟杆菌降解的参苓白术散PM降解液”中的生长曲线测定结果与产丁酸浓度曲线结果 |
3.5 产丁酸菌在“经过多形拟杆菌降解后的参苓白术散PM降解液”中的生长曲线测定结果与产丁酸浓度曲线结果 |
3.6 产丁酸菌在“经过厚壁菌YT2降解后的参苓白术散多糖碳源培养基”中的生长曲线测定结果与产丁酸浓度曲线结果 |
4 讨论 |
5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
文献综述 基于“产丁酸菌——中药多糖”的中药药理研究进展 |
参考文献 |
个人简介 |
四、基因组测序亟待解决的问题(论文参考文献)
- [1]基于宏基因组的分类数据库及病原快速识别系统研究与应用[D]. 李沛翰. 军事科学院, 2021(02)
- [2]玉米赤霉烯酮降解酶的筛选鉴定与异源表达[D]. 高如雨. 中国农业科学院, 2021
- [3]金钱槭属的系统发育与保护基因组学研究[D]. 冯钰. 浙江大学, 2021
- [4]活性污泥菌群完全矿化磺胺甲恶唑的特性与机制解析[D]. 漆梦媛. 哈尔滨工业大学, 2021
- [5]茶树转录组组装评估与多组学生物信息平台开发[D]. 李方东. 安徽农业大学, 2021(01)
- [6]餐厨垃圾厌氧消化系统失衡微生态响应研究[D]. 杨森. 曲阜师范大学, 2021
- [7]基于宏基因组纳帕海高原湿地细菌与病毒种群结构研究[D]. 徐志伟. 昆明理工大学, 2021(01)
- [8]长期保护性耕作农田增温潜势、氮平衡及N2O排放的微生物作用研究[D]. 王威雁. 西北农林科技大学, 2021
- [9]许氏平鲉精子超低温冷冻保存、人工授精技术开发及高密度遗传连锁图谱构建[D]. 崔广鑫. 上海海洋大学, 2021(01)
- [10]基于“中药多糖-产丁酸菌”研究健脾方参苓白术散的微生态机制[D]. 林萍. 江西中医药大学, 2021(01)