CN113337632A - 一种高通量测序技术与Biolog法相结合分析山地土壤真菌物种与碳代谢关系的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高通量测序与Biolog法相结合分析山地土壤真菌物种与碳代谢关系的方法。该方法使用高通量测序技术阐明了高分辨率的真菌物种属水平组成,使用Biolog方法分析了微生物群落对六类碳源的利用率,再利用秩次分析法阐明真菌属水平下物种组成与六类碳源的相关性。通过以上分析,直观的反映出真菌属水平下优势物种组成对各类碳源代谢能力的差异,明确特定区域中真菌属水平下优势物种组成和碳源代谢之间的相互关系。为山地土壤生态系统的良性循环和合理使用提供依据。
Description
技术领域
本发明属于微生物技术领域,具体涉及一种利用高通量测序与Biolog法相结合分析山地土壤真菌物种与碳代谢关系的方法。
背景技术
微生物是山地土壤生态系统的重要组成部分,主导山地土壤生态系统养分循环和能量流动,通过参与土壤形成与发育、物质转化和能量传递,进而对土壤活性和土壤肥力产生影响。然而,山地土壤中真菌能够比细菌更迅速的响应土壤凋落物形成的有机质,优先分解高分子化合物,对山地土壤生态系统的碳源代谢和有机质循环极为重要。只有在庞大的山地土壤真菌系统中寻找出和碳源代谢密切相关的物种才能更好的了解山地土壤真菌与碳代谢的关系,为山地土壤生态系统的良性循环和合理使用提供依据。
现在有关Biolog技术分析土壤微生物的应用已有报道。例如申请号为201410226089.3的专利文件“基于微平板及微量热法判断可提高土壤微生物活性碳源因子的方法”;申请号为201110206246.0的专利文件“一种应用于转基因作物土壤微生态安全性评价的微平板技术”。申请号为201410226089.3的专利文件,通过采集不同施肥处理土壤样品进行Biolog微平板实验后对其AWCD值进行主成分分析(PCA),进而区分引起分异的碳源因子,并结合微量热实验,区分不同施肥处理对土壤微生物热代谢活性的影响和不同碳源对土壤微生物热代谢活性的影响。但其缺点在于不能进一步分析得到碳源对土壤微生物的主要组成物种活性的影响。申请号为201110206246.0的专利文件,通过收集不同生长期的转基因作物、非转基因作物根际土壤样品进行Biolog微平板实验,测定AWCD值和计算多样性指数,最后进行主成分分析(PCA),进而评价转基因作物对根际土壤微生物群落功能的影响和对根际土壤微生态系统的潜在安全风险。该方法的缺点在于只能分析得到转基因作物对根际土壤整体微生物群落功能的影响,而无法精确的检测出土壤微生物主要的组成物种与转基因作物的相关性。因此,利用高通量测序技术结合Biolog微平板法分析山地土壤真菌属水平下物种组成与碳源代谢的相关性,对深入了解山地土壤真菌物种与碳代谢的关系具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题,提供一种高通量测序与Biolog法相结合分析山地土壤真菌物种与碳代谢关系的方法。该方法能简便、准确的检测出山地土壤中真菌属水平下物种组成与碳源代谢的相关性。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种高通量测序与Biolog法相结合分析山地土壤真菌物种与碳代谢关系的方法,使用高通量测序技术阐明了高分辨率的真菌属水平物种组成,使用Biolog方法分析了微生物群落对六类碳源的利用率,再利用秩次分析法阐明真菌属水平下物种组成与六类碳源的相关性。
一种高通量测序与Biolog法相结合分析山地土壤真菌物种与碳代谢关系的方法,包括以下步骤:
(1)采集不同山地区域的新鲜土壤样品,提取DNA,利用高通量测序技术分析土壤真菌在属水平下的物种组成;
(2)步骤(1)采集的新鲜土壤样品进行Biolog微平板实验,测定Biolog微平板中的AWCD值,根据AWCD值计算微生物群落对六种碳源的利用率;
(3)以秩次分析法进行相关性分析,分析土壤真菌属水平下物种组成与Biolog微平板中六类碳源的相关性,区别土壤真菌属水平下物种组成与六类碳源的关系。
上述步骤(1)中所述高通量测序步骤包括:
从0.5 g冻干的土壤样品中提取总基因组DNA,用18S rRNA基因引物(817F: 5'-TTAGCATGGAATAATRRAATAGGA-3'和1196R: 5'-TCTGGACCTGGTGAGTTTCC-3')对DNA进行PCR扩增,扩增产物进行测序,依据测序结果对真菌的属水平物种组成进行分析。
上述步骤(2)中所述的Biolog 微平板实验步骤包括:
使用9 mL 0.85%(m / v)的无菌NaCl生理溶液将4 ℃保存的土壤样品稀释1000倍, 取150 µL稀释液接种到Biolog ECO平板的每个孔中,在27°C的恒温培养箱中培养10天;每24小时在590 nm下测量AWCD值。
进一步的,采用AWCD值来描述土壤微生物群落的代谢强度,其计算公式如下:
其中,Ci是除对照孔外各孔的吸光度值,R是对照孔的吸光度值。
上述步骤(2)中所述的六类碳源包括:糖类(Monose\Glucoside\Polysaccharide)、氨基酸(Amino acid)、酯类(Ester)、醇类(Alcohol)、胺类(Amine)和酸类(Acids);由Biolog 微平板微平板中的31种碳源,根据AWCD值计算得出。
进一步的,上述步骤(3)中秩次分析法为:使用IBM SPSS Statistics 24软件的Spearman秩次分析(2尾)分析土壤真菌属水平下物种组成与Biolog微平板中六类碳源的相关性。
一种高通量测序与Biolog法相结合分析山地土壤真菌物种与碳代谢关系的方法在分析生态环境中真菌物种与碳代谢的关系中的应用。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
本发明通过高通量测序技术能够分析出山地土壤中真菌属水平的物种组成和物种相对丰度,阐明土壤真菌属水平下的优势物种组成。进而在Biolog方法分析微生物群落对六类碳源代谢能力的基础上,使用相关性分析方法区别真菌属水平下优势物种组成与六类碳源的相关性,其工艺流程见图1。通过以上分析,直观的反映出真菌属水平下优势物种组成对各类碳源代谢能力的差异,明确特定区域中真菌属水平下优势物种组成和碳源代谢之间的相互关系。为山地土壤生态系统的良性循环和合理使用提供依据。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为真菌属水平下的优势物种组成图。
图3为不同采样点土壤微生物群落对碳源利用情况的AWCD分析图。
具体实施方式
以下结合实施实例对本发明做进一步说明,需要指出的是,本实施实例仅用于解释本发明,而非对本发明的限制。
实施例1
实施例1
(1)采样
以福建省武夷山国家公园土壤为研究对象,应用高通量测序与Biolog方法,比较真菌属水平下优势物种组成和六类碳源代谢的相关性,研究山地土壤中真菌物种与碳源代谢的关系。
实验选取了14个不同的土壤采样点,每个采样点三个重复。14个土壤采样点分别命名为:WB,STG,YNT,SPM,TPM,DEB,SCB,FPM,HCM,HP,HCB,MB,MCB,HAM。详细的采样点位置如表1所示。
表1 武夷山国家公园土壤采样点信息
(2)高通量测序实验
从0.5 g冻干的土壤样品中提取总基因组DNA,用18S rRNA基因引物(817F: 5'-TTAGCATGGAATAATRRAATAGGA-3'和1196R: 5'-TCTGGACCTGGTGAGTTTCC-3')对DNA进行PCR扩增,取足够量扩增产物送至上海美吉生物医药科技有限公司,在Illumina Miseq平台上测序。在美吉公司的在线Majorbio I-Sanger Cloud平台上对真菌的属水平下的物种组成进行分析。
根据真菌属水平的物种组成,选取相对丰度大于1%的物种作为优势物种进行分析,真菌属水平优势物种的组成图如图2所示。从图2可以看出14个土壤采样点的真菌属水平共有49种优势物种。
(3)Biolog Eco 微平板实验
本发明使用的是BIOLOG EcoplateTM 微平板(BIOLOG Inc.,USA),这种生态板是有三个重复的96孔反应微平板,除三个对照孔只装有四氮叠茂氧化还原染色剂和营养物质外,其余的孔均装有不同的单一碳底物。此技术通过分布于96孔中的碳源底物来分析评价土壤微生物生理代谢特征。
取10 g新鲜土壤添加到高压灭菌的锥形瓶中,加入90 mL 0.85%(m / v)的NaCl灭菌生理溶液,振摇1 h;用0.85%(m / v)的NaCl灭菌生理溶液稀释1000倍,将150 µL稀释液接种到BIOLOG EcoplateTM 微平板的每个孔中,然后在27°C的恒温培养箱中放置10天。每24 h在590 nm下使用Elx808BLG通用酶标仪(Bio Tek,Winooski,USA)测量AWCD值。
土壤微生物群落的AWCD值曲线图如图3所示,从图3可以看出在各采样点,AWCD值均随着培养时间的延长而增加,因而微生物利用碳源量也呈逐渐增加的趋势。根据AWCD值变化特征,选取240 h的AWCD值计算土壤微生物群落对六类碳源的利用率,结果如表2所示。由表2可知,对糖类(Monose\Glucoside\Polysaccharide)、醇类(Alcohol)和酸类(Acids)而言,STG采样点土壤的微生物群落利用率最高;对氨基酸(Amino acid)、酯类(Ester)和胺类(Amine)而言, HCB采样点微生物群落利用率最高;而对糖类(Monose\Glucoside\Polysaccharide)和醇类(Alcohol)而言,HAM采样点的土壤微生物群落则利用率最低;对氨基酸(Amino acid)和酸类(Acids)的利用率则是TPM采样点的微生物群落为最低;对酯类(Ester)则是FPM采样点微生物群落的利用率最低;对胺类(Amine)的利用率则是在YNT采样点的微生物群落为最低。
表2 不同土壤采样点微生物群落对六种碳源的利用率
基于真菌属水平优势物种的组成和微生物群落对六类碳源的利用率,使用IBMSPSS Statistics 24软件的Spearman秩次分析方法(2尾)进一步分析真菌属水平优势物种与六类碳源的相关性。结果如表3所示,unclassified_c__Leotiomycetes和Saitozyma与糖类(Monose\Glucoside\Polysaccharide)呈显著正相关;unclassified_f__Aspergillaceae与酸类(Acids)呈显著正相关;unclassified_d__Eukaryota分别与糖类(Monose\Glucoside\Polysaccharide)、氨基酸(Amino acid)、酯类(Ester)、醇类(Alcohol)和胺类(Amine)呈显著正相关;norank_c__Sordariomycetes分别与糖类(Monose\Glucoside\Polysaccharide)和胺类(Amine)呈显著正相关;Trechispora与酯类(Ester)呈显著正相关;Coniochaeta分别与醇类(Alcohol)和胺类(Amine)呈显著正相关;unclassified_o__Onygenales与醇类(Alcohol)呈显著正相关;Rhizoctonia分别与氨基酸(Amino acid)、胺类(Amine)和酸类(Acids)呈显著正相关;norank_p__Ascomycota分别与糖类(Monose\Glucoside\Polysaccharide)、醇类(Alcohol)和胺类(Amine)呈显著正相关。Lactarius与酯类(Ester)呈显著负相关;unclassified_c__Agaricomycetes与糖类(Monose\Glucoside\Polysaccharide)呈显著负相关;Camarophyllopsis分别与糖类(Monose\Glucoside\Polysaccharide)和醇类(Alcohol)呈显著负相关。在真菌属水平下,有7种(unclassified_c__Leotiomycetes、Saitozyma、unclassified_d__Eukaryota、norank_c__Sordariomycetes、norank_p__Ascomycota、unclassified_c__Agaricomycetes、Camarophyllopsis )优势物种与糖类(Monose\Glucoside\Polysaccharide)具有显著相关性,5种(unclassified_d__Eukaryota、norank_c__Sordariomycetes、Coniochaeta、Rhizoctonia、norank_p__Ascomycota)优势物种与胺类(Amine)具有显著相关性,4种(unclassified_d__Eukaryota、Coniochaeta、unclassified_o__Onygenales、norank_p__Ascomycota)优势物种与醇类(Alcohol)具有显著相关性,3种(unclassified_d__Eukaryota、Trechispora、Lactarius)优势物种与酯类(Ester)具有显著相关性,而分别只有2种(unclassified_f__Aspergillaceae、Rhizoctonia)优势物种与氨基酸(Amino acid)和酸类(Acids)具有显著相关性。
表3 真菌属水平下优势物种和碳源的相关性
以上分析结果表明,本发明所描述的方法对于分析山地土壤中真菌物种与碳代谢的关系是可行的,此方法也可应用于分析其他生态环境中属水平下真菌物种与碳代谢的关系。因此,本发明为揭示山地土壤中真菌物种与碳代谢的关系提供了一种准确、快捷的研究分析方法,为山地土壤生态系统的良性循环和合理使用提供依据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
SEQUENCE LISTING
<110> 泉州师范学院
<120> 一种高通量测序技术与Biolog法相结合分析山地土壤真菌物种与碳代谢关系
的方法
<130> 2
<160> 2
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 24
<212> DNA
<213> 817F
<400> 1
ttagcatgga ataatrraat agga 24
<210> 2
<211> 20
<212> DNA
<213> 1196R
<400> 2
tctggacctg gtgagtttcc 20
Claims (6)
1.一种高通量测序与Biolog法相结合分析山地土壤真菌物种与碳代谢关系的方法,其特征在于:使用高通量测序技术分析土壤真菌属水平组成,使用Biolog方法分析微生物群落对六类碳源的利用率,再利用秩次分析法阐明真菌属水平下物种组成与六类碳源的相关性。
2.根据权利要求1所述的一种高通量测序与Biolog法相结合分析山地土壤真菌物种与碳代谢关系的方法,其特征在于,包括以下步骤:
采集不同山地区域的新鲜土壤样品,提取DNA,利用高通量测序技术分析土壤真菌在属水平下的物种组成;
步骤(1)采集的新鲜土壤样品进行Biolog微平板实验,测定Biolog微平板中的AWCD值,根据AWCD值计算微生物群落对六种碳源的利用率;
以秩次分析法进行相关性分析,分析土壤真菌属水平下物种组成与Biolog微平板中六类碳源的相关性,区别土壤真菌属水平下物种组成与六类碳源的关系。
3.根据权利要求2所述的一种高通量测序与Biolog法相结合分析山地土壤真菌物种与碳代谢关系的方法,其特征在于:步骤(1)中所述高通量测序步骤包括:从土壤样品中提取总基因组DNA,用18S rRNA基因引物对DNA进行PCR扩增,扩增产物进行测序,依据测序结果对真菌的属水平物种组成进行分析。
4.根据权利要求2所述的一种高通量测序与Biolog法相结合分析山地土壤真菌物种与碳代谢关系的方法,其特征在于:步骤(2)中所述的Biolog 微平板实验步骤包括:使用9 mL0.85%(m / v)的无菌NaCl生理溶液将土壤样品稀释1000倍,取150 µL稀释液接种到Biolog ECO平板的每个孔中,在27°C的恒温培养箱中培养10天;每24小时在590 nm下测量AWCD值。
5.根据权利要求2所述的一种高通量测序与Biolog法相结合分析山地土壤真菌物种与碳代谢关系的方法,其特征在于:步骤(2)中所述的六类碳源包括:糖类(Monose\Glucoside\Polysaccharide)、氨基酸(Amino acid)、酯类(Ester)、醇类(Alcohol)、胺类(Amine)和酸类(Acids);由Biolog微平板微平板中的31种碳源,根据AWCD值计算得出。
6.如权利要求1所述的一种高通量测序与Biolog法相结合分析山地土壤真菌物种与碳代谢关系的方法在分析生态环境中真菌物种与碳代谢的关系中的应用。
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