特定功能微生物多样性分析

在自然界的各类环境中，都有微生物的存在，它们在各自的“岗位”上都发挥着或大或小、或多或少的作用。有一些具有特殊功能的微生物，由于其作用的重要性或特殊性而受到人们的广泛关注，这些具有特殊功能的微生物叫做功能微生物，功能微生物常常参与特定的地球化学循环，常见的有碳循环、氮循环、甲烷循环、硫循环等。常见的功能微生物有氨氧化细菌、氨氧化古菌、硝化细菌、固氮微生物、产甲烷菌、硫酸盐还原菌等。

支配这些功能微生物发挥重要功能的基因被称为功能基因，如amoA、dsrB、nxrA、nirK、mcrA、pmoA。目前微基生物已经完成了几十种功能基因的检测，具有成熟的检测技术和分析经验。

 氮循环

氮是生命体核酸与蛋白质必不可少的组成元素。氮素的生物地球化学循环是土壤物质循环的重要组成部分，不仅影响土壤质量以及农田等环境系统的生产力和可持续性，还会影响全球环境变化。氮循环是指氮气、无机氮化合物、有机氮化合物在自然界中相互转化过程的总称，包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用、固氮作用等。在不同的过程中，不同的功能基因起着不同的左右，常见的氮循环功能基因如下表所示：

基因名称	编码蛋白质	催化途径	在氮循环中作用
nifH	固氮酶铁蛋白	N2–>NH4+	固氮作用
amoA	氨单加氧酶	NH4+–> NO2–	硝化作用
nxrA	亚硝酸盐氧化酶	NO2––> NO3–	硝化作用
narG	膜靠硝酸盐还原酶	NO3––> NO2–	反硝化作用
napA	可溶性细胞质硝酸盐还原酶	NO3––> NO2–	反硝化作用
nirK	含铜离子的亚硝酸盐还原酶	NO2––> NO–	反硝化作用
nirS	含细胞色素cd1亚硝酸盐还原酶	NO2––> NO–	反硝化作用
norB	NO 还原酶	NO–> N2O	反硝化作用
nosZ	N2O还原酶	N2O –> N2	反硝化作用

 碳循环

 结果展示

碳是生命物质的主要元素之一，是有机质的重要组成部分。碳元素在大气、陆地、海洋等各大碳库之间不断循环变化。在大气中，碳主要以CO2和CH4等气体形式存在，在水中主要为碳酸根离子，在岩石圈中是碳酸盐岩石和沉积物的主要成分，在陆地中则以各种有机物或无机物形式存在于植被和土壤中。碳循环中的主要功能基因如下表所示：

微生物名称	基因名称	编码蛋白质	催化途径	在碳循环中的作用
固碳微生物	cbbL	固碳酶 RubisCO	CO2àCH2O	固碳作用
	cbbM
产甲烷菌	mcrA	甲基辅酶M还原酶基因	CH2OàCH4	甲烷产生
甲烷氧化菌	pmoA	甲烷单加氧酶基因	CH4àCO2	甲烷氧化

 硫循环

硫是自然界中最丰富的元素之一，它以不同形式存在，这些不同形式的硫在微生物作用下，可以相互转化，构成了硫的地球化学循环。
微生物在硫循环过程中的作用途径主要有3条，1）是含硫有机物的脱硫作用，2）还原性无机硫的氧化作用力，3）硫酸盐的还原作用。其中硫酸盐还原菌（SRB）和硫氧化菌（SOB）是推动硫循环的重用微生物。常见的硫循环相关的功能基因有：

土壤硫循环中主要功能基因列表

微生物名称	基因名称	编码蛋白质	催化途径	在硫循环中的作用
硫酸盐还原菌	dsrA	异化型亚硫酸盐还原酶	硫酸盐à硫化氢	还原作用
硫酸盐还原菌	dsrB	异化型亚硫酸盐还原酶	硫酸盐à硫化氢	还原作用
硫氧化菌	soxB		硫化物à硫酸	氧化作用

 其他功能基因

功能微生物在自然界中积极的参与着地球化学循环。除了常见的碳循环、氮循环、硫循环功能微生物外，还有一些其他功能微生物起着重要的作用，比如参与磷循环微生物、厌氧氨氧化微生物等等。

微基生物积累了丰富的功能微生物检测经验，如果你有其他的功能基因要检测，可以把功能基因文献或引物发给我们，我们进行评估检测。

 检测类型：

土壤、淤泥、水体等。

 检测方法：

二代高通量测序、实时荧光定量PCR。

 样本采集耗材：

为客户提供样本采集保存耗材，包括土壤样本常温保存液、取样勺和保存管。

 送样要求：

土壤每样本需1g，新鲜取样，冻存于-80℃，保存期间切忌反复冻融，送样时请使用干冰运输；
若采用常温采集保存耗材，常温寄送即可。
海水、湖水等水样建议一个样本取500-1000ml，过滤0.22um滤膜，把滤膜放入无菌管，-80℃保存，干冰寄送。
如果是污水等，建议一个样本取50-100ml，将样本放入无菌管中，-80℃保存，干冰寄送。
如一个样本检测多个功能基因，取样量建议咨询技术支持。

 技术路线：

 生物信息分析流程

 客户发表文献：

1：Hailu Wu, Xinze Wang, Xiaojuan He, et al. Effects of root exudates on denitrifier gene abundance, community structure and activity in a micro-polluted constructed wetland. Science of the Total Environment. 2017, 89:697-703.

2：Hailu Wu, Xinze Wang and XIaojun He. Effects of Selected Root Exudate Components on Nitrogen Removal and Development of Denitrifying Bacteria in Constructed Wetlands. Water. 2017, 9.

3: Congyan Wang, Jiawei Zhou, Jun Liu, et al. Responses of soil N-fixing bacteria communities to Amaranthus retroflexus invasion under different forms of N deposition. Agriculture, Ecosystems and Environment. 2017, 247: 329-336.

4：Congyan Wang, Kun Jiang, Jiawei Zhou, et al. Solidago canadensis invasion affects soil N-fixing bacterial communities in heterogeneous landscapes in urban ecosystems in East China. Science of The Total Environment. 2018,631: 702-713.

5：Cai Hui, Xiaoxiao Guo, Pengfei Sun, et al. Depth-specific distribution and diversity of nitrite-dependent anaerobic ammonium and methane-oxidizing bacteria in upland-cropping soil under different fertilizer treatments. Applied Soil Ecology. 2017, 113:117-126.

6：Xiaoming Lu, Pengzhen Lu and Ke Yang. Restoration using Azolla imbricata increases nitrogen functional bacterial groups and genes in soil. Applied Microbiology and Biotechnology. 2017,101: 3849-3859.

7: Sijie Wu, Ruili Li, Shuguang Xie, et al. Depth-related change of sulfate-reducing bacteria community in mangrove sediments: The influence of heavy metal contamination. Marine Pollution Bulletin.2019, 140:443-450.

8: Shuquan Peng, Fan Wang, Xibing Li, et al. A microbial method for improving salt swelling behavior of sulfate saline soil by an experimental study. Alexandria Engineering Journal. 2019, 58:1353-1366.