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宏基因组专题文献分享——环境相关(一)

 

在环境污染、公共健康、生态可持续性与微生物生态学的交叉领域,本文汇编了一系列开创性研究,共同揭示了微生物在不同环境介质中——从广阔的海洋到微观的家庭自来水,从肥沃的土壤到城市森林的地下深处——的功能多样性、适应机制以及对生态系统服务和人类健康的关键影响。这些研究利用了最新的多组学技术和生物信息学工具,包括宏基因组测序、蛋白质组学、长读长测序等,深入探索了一系列核心议题:

 

 

文献一

海洋塑料表面微生物的功能研究较少,尤其是在寒冷气候下。海洋塑料际的功能表征对于开发特定数据库至关重要。本研究针对塑料生物膜微生物,进行宏基因组等多组学测序和数据挖掘,首次证明了破烃属在塑料际的优势及活性,通过链霉菌的群体感应和毒素相关蛋白结果表明了群落间的相互作用,相关结果为塑料层代谢提供了独特的见解。

 

英文标题:Novel functional insights into the microbiome inhabiting marine plastic debris: critical considerations to counteract the challenges of thin biofilms using multi-omics and comparative metaproteomics

中文标题:对栖息在海洋塑料碎片中的微生物组的新功能见解:使用多组学和比较组学应对薄生物膜挑战的关键考虑因素

发表期刊:Microbiome

影响因子:15.5

发表时间:2024年02月

作者及单位:Sabine Matallana-Surget团队,苏格兰斯特灵大学

 

技术路线:

 

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本研究使用了一个全面的实验设计来完善关键步骤:(i)共同提取(间接与直接对比)、(ii)使用不同的分离纯化方法(机械和化学两种方法)对DNA和蛋白质进行纯化、(iii)不同的组学工作流程(有无凝胶对比)、以及(iv)利用扩增子测序、宏基因组学和公共数据库生成蛋白质搜索数据库,以产生一个综合的最优多组学和比较性宏蛋白质组学工作流程。

 

原文链接:

https://doi.org/10.1186/s40168-024-01751-x

 

 

文献二

污水中富含多种来源的抗生素抗性基因(ARGs),这些基因可能通过污水处理过程中的微生物相互作用和基因水平转移(HGT)得以保留、扩散甚至富集。因此,对污水中ARGs及其宿主的有效监测至关重要。该研究对长读长(ONT)和短读长(BGI)宏基因组测序以及EpicPCR在污水中检测ARG和宿主的能力进行评估,并探究整个污水处理过程中ARG宿主的动态变化。通过这项工作,研究旨在揭示不同方法的优势与挑战,以及方法选择对环境中ARG宿主评估范围的影响。

 

英文标题:Sensitivity and consistency of long- and short-read metagenomics and epicPCR for the detection of antibiotic resistance genes and their bacterial hosts in wastewater

中文标题: 长、短读长宏基因组测序检测ARGs及其宿主的敏感性和一致性

发表时间&期刊:2024.03 & Journal of Hazardous Materials(IF:13.6)

测序技术:Nanopore宏基因组;BGI宏基因组

 

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原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.133939

 

 

文献三

饮用水的生物安全性对于保障公共健康至关重要,但关于家庭自来水中的微生物组特别是潜在致病菌及其功能特性的研究尚处于起步阶段。作者通过对全球范围内的家庭自来水样本进行宏基因组数据分析,旨在深入探究饮用水微生物组的功能特征、健康影响以及潜在的公共卫生风险。最终组装到了大量的高质量宏基因组组装基因组,并重点关注了不同代谢功能模块的多样性、病原菌、抗生素耐药菌的存在和功能。

 

英文标题:Functional traits and health implications of the global household drinking-water microbiome retrieved using an integrative genome-centric approach

中文标题:全球家庭饮用水微生物组的功能特征和健康意义

发表时间&期刊:2024.02 & Water Research(IF:12.8)

测序技术:Illumina宏基因组

 

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原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.121094

 

 

文献四

土壤里有机碳的可利用性对构建微生物群体极为关键,但微生物如何适应碳含量变化及其对生态和进化的影响尚不明晰。本研究探究了两组土壤样本,分别经40年施用化肥或有机肥,形成了碳含量从极少到丰富的对比,同时分析了土壤中有机碳的代谢、抗生素耐药性及病毒与宿主的相互作用。

 

英文标题:Carbon starvation raises capacities in bacterial antibiotic resistance and viral auxiliary carbon metabolism in soils

中文标题:碳饥饿提高了土壤中细菌抗生素抗性和病毒辅助碳代谢的能力

发表期刊:PNAS

影响因子:11.1

发表时间:2024年04月

 

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原文链接:

https://doi.org/10.1073/pnas.2318160121

 

 

文献五

Cobamides(钴酰胺)是一类仅由部分原核生物合成的必需辅酶,是微生物相互作用研究中的模型营养物质,并在全球生态系统中发挥重要作用,而对它们的空间模式和功能作用仍知之甚少。本研究对2,862个海洋和2,979个土壤宏基因组样本进行了分析,共鉴定出1,934个可能从头产生钴酰胺的非冗余宏基因组组装基因组(MAG),产生钴酰胺的MAG在分类学上是多样的且具有特定的栖息地。观察到钴酰胺生产者的丰度与微生物群落的多样性和功能之间存在重要且积极的联系,它们还在生物地球化学循环中的具有促进作用。这些发现揭示了产生钴酰胺的微生物在海洋和土壤生态系统中的全球模式和潜在生态作用,增强了对大规模微生物相互作用的理解。

 

英文标题:Global biogeography and ecological implications of cobamide-producing prokaryotes

中文标题:原核钴酰胺生产者的全球地理分布和生态研究

发表期刊:The ISME journal

影响因子:11

发表时间:2024年01月

作者及单位:葛源团队,中科院城市与区域生态国家重点实验室

 

 技术路线 

 
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原文链接:https://doi.org/10.1093/ismejo/wrae009

 

 

文献六

城市森林土壤细菌在调控温室气体排放中至关重要,特别是在城市化进程影响下。本研究采用16S和宏基因组测序方法来检测参与C/N循环的土壤细菌群落的结构和潜在功能。

结果显示,城市森林土壤的CH4和CO2排放量显著增强,城市中心的N2O排放量尤为突出,与城市样本细菌α多样性、C/N循环基因丰度的增加有关。同时,土壤pH值和金属含量影响了关键菌群和N2O排放,土壤重金属含量是CH4排放的主要贡献者,可能是通过对产甲烷菌和甲烷营养菌的影响。

 

英文标题:Urbanization-driven forest soil greenhouse gas emissions: Insights from the role of soil bacteria in carbon and nitrogen cycling using a metagenomic approach

中文标题:城市化驱动的森林土壤温室气体排放:利用宏基因组解析土壤细菌在碳氮循环中的作用

发表期刊:Science of the Total Environment

影响因子:9.8

发表时间:2024年03月

 

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原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171364

 

 

 

 

以上文献的详细解读本月会陆续在本公众号发表,敬请关注。

 

 

 


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