基于高通量测序方法分析荣成月湖潮间带趋磁细菌多样性

荣成月湖是一个典型天然潟湖,潮间带沉积物中存在多种形态趋磁细菌。通过Roche454高通量测序平台,对沉积物样品(B_S)和磁收样品(B_M)进行16SrRNA基因高通量测序,认识荣成潮间带沉积物的细菌群落结构,并了解趋磁细菌多样性及系统进化地位。研究结果表明沉积物样品中主要的细菌类群为δ-变形菌纲,占总细菌数的26.4%,其次是γ-变形菌纲和α-变形菌纲;而磁收样品中细菌多样性和种类明显降低,以α-变形菌纲占绝对优势,相对比例达72.6%。在磁收样品和沉积物样品分别发现了1 612条和186条reads与趋磁细菌相关,分别占细菌总数的5.76%和0.85%,磁收样品中趋磁细菌数是沉积物样品的6.8倍。对两个样品中获得的趋磁细菌序列进行系统进化分析,发现这些序列多数属于变形菌门的α-变形菌纲,以趋磁球菌占绝对优势,少数属于δ-变形菌纲,与多细胞趋磁原核生物亲缘关系最近。海洋趋磁螺菌属仅在B_M样品中检出,趋磁弧菌属在B_M样品优势度高于B_S样品,而多细胞趋磁原核生物和趋磁螺菌属在B_S样品中优势度更高。通过分析样品间的差异OTUs,认为荣成潮间带沉积物中可能存在大量未知的趋磁细菌新类群。研究结果为下一步培养和开发趋磁细菌这一功能菌群,发现趋磁细菌新类群及趋磁细菌生态功能提供了基础资料。     

基于形态学与核糖体DNA及其cDNA高通量测序的海洋沉积物中纤毛虫多样性比较

高通量测序技术广泛应用于环境真核微生物多样性的研究,可检获较之传统形态学方法更高的多样性。然而,检获的高分子多样性与基于形态的物种多样性在构成上的差异仍然不明。本研究首次对比分析了基于形态学的南黄海沉积物中的纤毛虫物种多样性与基于核糖体18S DNA和c DNA高通量测序的多样性异同。结果表明:形态鉴定获得8纲、20目、30科、36属共97种纤毛虫;DNA测序检获10纲、28目、55科、76属共174个OTUs;而通过c DNA测序获取的纤毛虫多样性最高,获10纲、31目、68科、99属共284个OTUs。研究发现,形态学方法检获的纤毛虫均为底栖生纤毛虫;两种分子手段检获的多样性更高,群落结构更为近似,覆盖了形态鉴定所获的绝大部分类群。但DNA测序还检获了序列比例高达90%的浮游类群,可能源于包囊或死亡沉降的物种;而c DNA测序检获了约7%的浮游纤毛虫序列。较之DNA测序,c DNA法检获的底栖纤毛虫在群落结构上与形态学结果更为接近。本研究表明,分子手段有助于更全面地揭示沉积物中的纤毛虫多样性,DNA测序可同时揭示休眠包囊、胞外DNA及过去群落的信息,而c DNA测序在研究活动纤毛虫多样性上更有优势。     

基于高通量测序的表层水体纤毛虫多样性评估方法比较与优化

基于扩增子的高通量测序技术广泛应用于微型生物多样性的研究, 不同的测序手段和数据分析流程, 影响着微型生物多样性与群落结构的分析结果。本研究以易于形态鉴定的砂壳纤毛虫作为研究对象, 比较DNA测序、RNA测序和形态学方法检获的多样性和物种组成等, 探究序列分析流程中关键步骤: 嵌合体处理、可操作分类单元分析方法选择、合并相似分类单元以及去除稀有类群等对多样性结果的影响。研究结果显示无论基于DNA还是RNA的分子手段与形态学方法检获的主要物种基本一致, 与DNA测序相比, RNA测序检获的物种数少, 但差异不显著。基于97%以上相似度聚类和单核苷酸变异所得群落结构相似, 无显著差异; 且所有分析方法都能在一定程度上反映出自然界中不同类群的相对丰度。相较于单核苷酸变异和其他相似度阈值, 99%相似度下聚类所得多样性更为接近形态学结果。去除嵌合体和稀有类群(去除阈值: DNA测序0.05%; RNA测序0.07%), 可明显改善分子多样性虚高的问题。本研究为纤毛虫等真核微生物的分子多样性研究提供了科学的数据分析流程, 对未来真核微生物多样性研究具有指导意义。     

噬藻体遗传多样性的研究进展

蓝藻是一类最原始、最简单的原核藻类生物,是海洋中的主要初级生产者之一。感染蓝藻的病毒称为噬藻体。噬藻体是水生微生物群落的重要组成部分,在控制蓝藻种群动力学及调节生物生产量等方面具有重要的生态学意义。研究噬藻体的遗传多样性有助于完善噬藻体的分类,为进一步探讨噬藻体之间的进化关系、噬藻体与蓝藻之间的相互关系提供理论依据,同时为探索环境变化对噬藻体进化的影响提供新的视点。本文综述噬藻体的分类、影响噬藻体遗传多样性的因素及噬藻体遗传多样性研究常用的靶基因等方面的研究进展。     

中国珊瑚藻的多样性及分布研究现状

珊瑚藻是海洋生态系统中一类重要的钙化红藻,且具有海洋初级生产力和生态服务功能,已经成为当前热点研究生物之一。目前,世界各国有关珊瑚藻的种类、分布等正在逐渐明晰,而我国海域珊瑚藻的分布研究尚属空白,许多种类的多样性信息也需要更新。中国珊瑚藻本底信息的匮乏也阻碍了我国在各个层面上开展珊瑚藻研究与保护工作。为此,文章对中国海域珊瑚藻种类和分布现状进行了汇总与分析。结果表明,中国现有珊瑚藻种类记录162种,合并同物异名种后共计112种,隶属于10科26属,约占全球珊瑚藻种类数的15%;其中大陆有79种,台湾岛66种,香港10种。我国珊瑚藻的分布从渤海到南海均有分布,呈现出明显的热带与亚热带分布特征;其中辽宁、山东、浙江、福建、广东和香港海域记载较少(<20种),而台湾岛、海南岛和三沙海域则较多(>30种)。研究能为明确我国珊瑚藻的种类、数量及分布特征等方面提供良好的参考资料。     

近海水体环境DNA沉降对沉积物中纤毛虫分子多样性评估的影响

在陆架海区沉积物中, DNA高通量测序技术可检获大量浮游寡毛类和舞毛类等非底栖纤毛虫,这些源于水体的环境DNA(eDNA)如何影响对沉积物中纤毛虫分子多样性的评估,以及影响程度如何尚不明确。本研究选取了黄海冷水团中的两个站位,通过提取水体和沉积物中DNA和RNA,并采用直接提取法和洗脱法提取沉积物DNA,结合DNA和cDNA测序技术,探讨了水体和沉积物中纤毛虫分子多样性的关系。研究表明,基于洗脱DNA法、直接提取DNA法和cDNA法获得的沉积物中纤毛虫OTUs数分别为451、312和324个,其中211个OTUs同时由三种方法检获;而164个OTUs仅通过洗脱DNA法检获,其中89%为相对丰度低于0.1%的稀有类群。直接提取DNA法所获的寡毛类和舞毛类序列数占比达46%,而在洗脱DNA法和cDNA法中占比仅为12%和10%。沉积物中检获的43%—71%的舞毛类和寡毛类OTUs与浅层水(<40m)共有,仅19%—29%与深层水(>40m)共有,且这些共有的OTUs可同时在浅层水中检获。本研究发现,对沉积物中纤毛虫分子多样性评价造成影响的浮游类群主要来自浅层水,洗脱DNA与cD...     

基于高通量测序的象山港水域细菌多样性的研究

象山港位于浙江省宁波市东南部沿海,属于半封闭式海湾,是以海水养殖区和海洋牧场示范区为主的重要多功能水域,近年来生态环境问题日益突出。为研究象山港海域在早春低水温环境中细菌的多样性,通过高通量测序方法对3月份的象山港水域进行检测。沿象山港南部海湾随机选取6个取样点(G04,G06,G08,G09,G011,G012),共检出836属和2 166种细菌,隶属33个门、91纲、186目和352科。其中优势细菌类群主要包括变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和蓝细菌门(Cyanobacteria)。变形菌门在G04中占比最高(91.45%),拟杆菌门在G09中占比最高(18.05%);而放线菌门在G12中占比最高(7.95%)。在经度较高且离海岸较远的水域,细菌丰富度也越高;同时随着取样位点纬度的增加,γ-变形菌丰度逐步增高,其中在G04中最高(72.76%),在G12中最低(29.11%)。各取样点的细菌分离培养结果也表明弧菌属丰度较高,且主要集中在G04中。利用高通量测序方法揭示了象山港早春全水域的细菌结构组成框架图,可为象山港的水产养殖和可持续发展提供参考依据。     

杭州西溪湿地沉积物细菌的群落结构和多样性

采用Illumina Mi Seq高通量测序技术,对杭州西溪湿地4种不同植被下沉积物的细菌多样性进行了研究。通过提取样品基因组DNA,对16S r RNA V3、V4区测序,共获得有效序列67734条,产生2181个OTU,序列平均长度为441 bp,其中大于400bp的序列占99.74%。对97%相似水平的OTU代表序列进行分类学分析,结果表明,沉积物具有很高的细菌多样性,涵盖了30个门252个属的细菌。其中变形菌门(Proteobacteria)是各样品的优势类群,所占比例高达30.0%—64.7%。同时,β-变形菌纲、γ-变形菌纲和δ-变形菌纲在变形菌门中占主导地位,在这些类群中发现有大量与N、S等元素代谢相关的菌群,应该在湿地沉积物的元素循环中发挥着重要作用。此外,4个样品中约有10%—15%的序列属于无法确定分类位置(Unclassified)的类群,说明西溪湿地沉积物中蕴藏有较多的潜在新物种。本研究结果将为西溪湿地的保护和修复提供理论和实践依据。     

近海沉积物与水体中天然大分子聚合物降解菌的原位富集与多样性分析

本研究选取5种海洋动植物大分子高聚物或其天然组织,包括虾壳、鱼鳞、海带叶片、几丁质和壳聚糖,分别在海水表层和沉积物环境中进行富集,定期取样,通过高通量测序分析菌群多样性。结果发现,不同有机物原位富集的细菌多样性存在较大的差异,而且同种底物在海水表层与沉积物中的降解菌菌群差异较大。从物种多样性看,在海水表层环境中富集的鱼鳞样品种群最丰富,而沉积物环境中富集的海带叶片样品菌群多样性最低,除其优势菌群为热袍菌门外,其他所有富集物中优势菌均为变形菌门。其中脱硫杆菌科、黄杆菌科、脱硫弧菌科和弧菌科占有较大比例,脱硫杆菌科在所有样品中优势较大,黄杆菌科在海水表层环境样品中为优势菌群,弧菌科在沉积物样品几丁质和壳聚糖样品中占比较高。本研究通过对同种海洋环境中不同富集样品之间以及同种底物不同环境中富集菌群之间的比较,分析结果得到了原位条件下参与大分子聚合物降解的菌群种类,但有待于在更多不同的海域富集物中进行验证。     

利用高通量测序技术分析鱼菜共生池塘的真菌多样性和群落结构

本文采集了位于新疆水生野生动物救护中心和乌鲁木齐市米东区长山子镇水源地养殖基地的鱼菜共生池塘水样及水培空心菜根系,基于Illumina HiSeq 2500高通量测序平台对上述样本的宏基因组ITS基因序列进行了测定和分析。在6份样品(4份水体样品、2份根系样品)中,共检测到78348条平均长度为256 bp的有效序列,这些真菌包括了6个门、25个纲和72个目。不同地点、不同样品类型间的真菌微生物群落存在明显差异,隶属于子囊菌门(Ascomycota)锤舌菌纲(Leotiomycetes)白粉菌目(Erysiphales)白粉菌科(Erysiphaceae)的菌群为根系样品所特有。乌鲁木齐市米东区长山子镇水源地养殖基地鱼菜共生池塘的空心菜根系真菌的Alpha多样性指数均最高,相应的对照池塘真菌多样性组成则最低。Beta多样性指数表明,乌鲁木齐市米东区长山子镇水源地养殖基地水样和新疆水生野生动物救护中心空心菜根系真菌组成差异最大。从蔬菜长势情况来看,乌鲁木齐市米东区长山子镇水源地养殖基地鱼菜共生池塘明显好于新疆水生野生动物救护中心,推测其原因为:前者水体中真菌种类和数量较多,特有菌类(如石黄衣、酵母菌)能够改善水质、提供动植物生长繁殖的养分。     

Microbial diversity in the sediments of the southern Mariana Trench

Microbial diversity in the abyssal sediments beneath the seafloor of 30,94,and 151cm near the southern end of the Mariana Trench was analyzed in the Illumina HiSeq 2500 platform.Results show that the microbial populations were dominated by bacteria but merely no archaea were identifi ed at the three depths.In the bacterial community,Proteobacteria and Firmicutes dominated the total taxon tags,followed by Bacteroidetes,Actinobacteria,Planctomycetes,Cyanobacteria,and Chloroflexi,which together account for over 99%of the total population.Similar to that in the seawater in the trench,the operational taxonomic units(OTUs)belonging to Gammaproteobacteria from the sediment samples showed high abundance.However,common bacterial OTUs in the water of the trench including Nitrospirae and Marinimicrobia were hardly found in the sediments from the southern Mariana Trench or the hadal region.Therefore,this study documented for the first time the compositions of microbial diversity in the trench sediments,revealed the difference in microbial diversity in water and sediment of the trench and will enrich the knowledge on the microbial diversity in the abyssal areas.     

有毒赤潮藻及其毒素的危害与检测

海洋中可引发赤潮的藻类约有300种,其中有毒赤潮藻为80种左右。现已知道的赤潮藻主要毒素有麻痹性贝毒、腹泻性贝毒、记忆缺失性贝毒、神经性贝毒、西加鱼度和溶血性毒素,前5种毒素的结构已经基本得到证实。有毒赤潮藻的毒素可以在海洋生物体内积累,人类误食含有藻毒素的食品时可能中毒,严重者还可能死亡。海洋有毒赤潮藻及其毒素的检测已经成为当今全球赤潮研究和监测的重要内容之一,可以通过形态学分类方法、分子生物学技术(遗传探针)和免疫学检测技术对有毒赤潮藻进行检测;可以通过生物学、物理化学检测方法和神经受体结合、免疫学检测技术对赤潮藻毒素进行检测。     

Microbial diversity in Huguangyan Maar Lake of China revealed by high-throughput sequencing

Huguangyan Maar Lake is a typical maar lake in the southeast of China. It is well preserved and not disturbed by anthropogenic activities. In this study, microbial community structures in sediment and water samples from Huguangyan Maar Lake were investigated using a high-throughput sequencing method. We found significant differences between the microbial community compositions of the water and the sediment. The sediment samples contained more diverse Bacteria and Archaea than did the water samples. Actinobacteria, Betaproteobacteria, Cyanobacteria, and Deltaproteobacteria predominated in the water samples while Deltaproteobacteria, Anaerolineae, Nitrospira, and Dehalococcoidia were the major bacterial groups in the sediment. As for Archaea, Woesearchaeota (DHVEG-6), unclassified Archaea, and Deep Sea Euryarchaeotic Group were detected at higher abundances in the water, whereas the Miscellaneous Crenarchaeotic Group, Thermoplasmata, and Methanomicrobia were significantly more abundant in the sediment. Interactions between Bacteria and Archaea were common in both the water column and the sediment. The concentrations of major nutrients (NO^3-, PO4^3-, SiO3^2- and NH4^+) shaped the microbial population structures in the water. At the higher phylogenetic levels including phylum and class, many of the dominant groups were those that were also abundant in other lakes;however, novel microbial populations (unclassified) were often seen at the lower phylogenetic levels. Our study lays a foundation for examining microbial biogeochemical cycling in sequestered lakes or reservoirs.     

南沙珊瑚礁区波纹钩鳞鲀(Balistapus undulatus)食性和营养级分析

波纹钩鳞鲀(Balistapus undulatus)是一种在热带珊瑚礁海域中广泛分布的杂食性鱼类, 研究其自然环境中的食物组成有助于了解其食物来源及其在生态系统中的功能地位。但目前的认识仅限于他们是珊瑚礁区的海胆捕食者, 对其准确的食物组成和生态功能定位尚不清晰。本研究于2017年夏季在南沙珊瑚礁区采集了波纹钩鳞鲀样品, 通过特异性引物扩增波纹钩鳞鲀消化道中的线粒体细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ(COⅠ)基因, 以高通量测序技术分析了其现场食物组成, 并测定了碳、氮稳定同位素以分析其营养级。研究结果显示, 波纹钩鳞鲀摄食的食物种类有13种, 分属于节肢动物门(Arthropoda)、脊索动物门(Chordata)和环节动物门(Annelida)。其中最主要的食物来源是节肢动物门扇蟹科的蟹类, 如滑面蟹(Etisus sp.)、Luniella pubescens、皱纹花瓣蟹(Liomera rugata)等, 分别占61.8%、6.7%和1.8%。鱼类也有一定的贡献, 占总食物序列的23.5%。同位素结果显示其营养级为3.71±0.07, 与分子检测的结果相符。研究结果表明波纹钩鳞鲀的主要食物是小型甲壳类动物以及植食性鹦嘴鱼, 这拓展了以往对波纹钩鳞鲀所扮演生态角色的认识。     

中国四个河口潮间带甲藻孢囊多样性研究

2014—2016年, 为调查研究中国大辽河、涧河、闽江与九龙江河口潮间带表层沉积物中甲藻孢囊多样性, 开展了4个季度表层沉积物样品采集, 通过多钨酸钠法提取甲藻孢囊后进行鉴定, 共鉴定出43种(隶属16属)和5种未定种, 包括自养型17种和异养型26种。其中孟迪原多甲藻(Protoperidinium mendiolae), 脆弱海胆藻(Echinidinium delicatum)和透明海胆藻(E. transparantum)为我国沿海未报道的新记录种类。调查中发现了一种产麻痹性贝毒的塔玛亚历山大藻复合体(Alexandrium tamarense complex), 以及3种产虾夷扇贝毒素的甲藻孢囊, 分别为网纹原角藻(Protoceratium reticulatum), 多边舌甲藻(Lingulodinium polyedrum)和具刺膝沟藻(Gonyaulax spinifera)。甲藻孢囊丰度在4个河口的分布具有明显差异。大辽河口孢囊丰度最高, 变化范围为47~94 cysts/g DW(干质量); 其次为涧河口, 孢囊丰度变化范围为24~75 cysts/g DW; 闽江口与九龙江口孢囊丰度相对较低, 变化范围分别为14~50 cysts/g DW与5~50 cysts/g DW。与沉积物环境因素的相关性分析表明, 自养型孢囊丰度和孢囊总丰度均与河口盐度、间隙水总溶解态氮营养盐浓度、溶解无机氮浓度、氨氮浓度呈显著正相关关系; 多样性指数与盐度、沉积物粒度(<63 μm)呈显著正相关关系。该研究对于了解我国河口潮间带甲藻孢囊多样性以及形成机制具有重要参考价值。     

附着基粗糙度等因素与海藻密度的相关性研究

海藻附着基表面粗糙度与孢子附着密度有密切的相关性;已经由许多研究证实。但是海藻苗的密度是否仍然受到附着基粗糙度的影响;还缺乏明确的结论。本文以尼龙和亚克力两种材料作为海藻附着基;悬挂于自然海区中使海藻孢子附着并萌发生长;用以研究附着基表面粗糙度对4种海藻密度的影响。结果显示;多管藻、尾孢藻、点叶藻、硬毛藻这4种海藻;在不具沟槽的光滑面;密度显著低于任何有沟槽的粗糙面;但粗糙度不同的附着基之间比较;对海藻密度的影响并不显著。室内培育的海带苗;在尼龙上的密度与粗糙度成正相关;但是将海带苗移至海上培育后;不再与粗糙度有相关性;可能与其假根状固着器下海后的发育有关。本文还试验了海泥、灭活海泥和低栖硅藻3种沉积物与附着基粗糙度对海藻密度的影响;结果表明;沉积物和附着基粗糙度;以及它们的交互作用对海藻密度的影响;因附着基的材料和海藻种类而有差别。     

稀有OTU对海洋底栖纤毛虫群落异质性的影响研究

运用高通量测序技术分析微型生物多样性时,生物学重复间常表现出明显的异质性,这可能是高比例的稀有可操作分类单元(operated taxonomic unit, OTU)造成的“假象”。为明晰陆架海区站位间及同一站位重复间底栖纤毛虫群落的异质性水平,并探明稀有OTU与群落异质性的关系,给出去除稀有OTU阈值的科学建议。本研究在东海选取具有明显环境梯度的4个站位,每站位采集3个重复沉积物,采用高通量测序技术研究纤毛虫群落与分布。研究表明同一站位重复间群落不相似度在30%～34%,重复间群落的高差异性会掩盖地理距离较近的站位间差异(33%)。各个站位重复间共有OTU分别占该站位检获的总OTU数的34.4%, 31.9%, 39.5%和36.5%,而序列数基本占据94%以上。相对丰度小于0.1%的OTU占总OTU数的80%。依次去除相对丰度低于0.01%至0.1%的OTU,发现去除稀有OTU能够有效降低重复间差异,去除越稀有的OTU,降低效果越强;对站位之间的差异影响较小,且站位差异越大影响越小。稀有OTU的分布随机性极强,基本与站位无关。相对丰度低于0.015%的OTU是造成重复间群落异质性...