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厉害了!GeoChip+16s 助力河海佳作荣登榜!

来源:admin    发布时间:2020-10-30   阅读数:294

a级黄色片项目文章传来喜讯,GeoChip+16s 助力河海佳作荣登榜!河海大学环境学院李轶教授团队,综合运用16s rRNA高通量测序和GeoChip 5.0 芯片技术,深入探讨和解析了黑臭河流——南京金川河垂直梯度上微生物群落构成的内在机制,该项目成果已在《Journal of Environmental Management》杂志上发表,热烈祝贺李老师团队!


微生物群落的垂直分布和组合及其对黑臭都市河流中硫代谢的潜在影响

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

时间:2019.1.30

DOI:10.1016/j.jenvman.2019.01.078


一、研究背景

全球化经济的高速发展,给人们带来高品质生活的同时,也给现代城市河流带来了不小的污染,黑臭河(black-odor)现象愈演愈烈,严重影响了周边居民的身心健康。

大量有机、无机物的排放不同程度地改变了河水的理化性质,也孕育着不同的微生物群落结构。

充分了解河流理化性质和微生物群落的关系、相互影响和分子机制有助于填补黑臭河治理方面的理论基础,为河流治理提供理论指导,特别是研究较少的淡水黑臭河。


二、实验设计

从南京金川选择地理间隔1.5-2km的4个位点(A、B、C、D),按照不同的深度梯度分别取了水样和沉积物底泥样本,每个点3个样本,共24个样本。

对采集的样本进行了理化性质的检测,包括温度,pH、Cond、TN、TP等。提取DNA后对16S rRNA V4高变区进行扩增测序。

运用高通量测序芯片GeoChip 5.0(广东a级黄色片)检测了D位点样本的功能基因代谢潜能。


三、重要结果

1、微生物群落构成和演替机制

物种来源于33个门和103个属。通过null modeling预测了解释生态过程中物种群落结构的机制。

在水体中,无论是细菌还是古菌的群落构成,同质选择(homogeneous) 起着主导作用,贡献率分别达到了63.63%和54.54%;沉积物中则是variable selection起主导作用,说明水体中相似的理化环境导致了相似的微生物群落构成,而沉积物中则是差异较大的物种群落聚集在一起(图1)。

同时,基于空间交换(spatial)和嵌套结构(nestedness)的分析发现,细菌的群落结构更多的是空间交换导致的,而嵌套结构则对古菌群落结构影响较大。


null modeling预测的群落构成机制组成图
图1 null modeling预测的群落构成机制组成


2、硫代谢物种群落

硫代谢细菌含量在水体样本(35.70%)中远远超过沉积物(10.60%);硫代谢古菌含量在水体中也高于沉积物(50.25%VS35.06%)(图2)。RDA分析显示,ORP,S2-,和TN是显著影响硫代谢相关微生物群落的关键环境因子(图3)。


硫代谢关联细菌和古菌相对丰度展示图
图2 硫代谢关联细菌和古菌相对丰度展示

环境因子的RDA分析结果图
图3 环境因子的RDA分析结果

3、硫代谢功能基因代谢潜能

通过GeoChip5.0的检测共找到26个和硫代谢相关的基因,基因丰度平均占比为3.02%。在所有样本中SRG基因的丰度远远高过SOG基因,其中dsrA和dsrB丰度最高(图4)。

DSR(异化硫还原反应)过程中的功能基因丰度高于ASR(同化硫还原反应)和SO(硫氧化反应),而后两者的功能基因丰度处于较低的水平(图 4),说明金川河中的硫氧化反应发生的可能性非常小。

虽然大部分的物种在垂直的梯度上的分布没有明显差异,但硫代谢的功能基因丰度随着采样位置深度增加有轻微的上升。


硫代谢相关途径的基因数和丰度比例图
图4 硫代谢相关途径的基因数和丰度比例


四、小结和亮点:

通过16S rRNA和GeoChip芯片结合的方法首次探索了淡水河流垂直梯度上物种群落构成的机制。

金川河中硫代谢相关的微生物丰度很高,尤其和硫还原相关的微生物,随着样点深度的增加,硫还原反应趋势大大增强。

研究为未来地球化学元素循环关于淡水垂直梯度物种群落构成的研究奠定了理论基础。




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