土壤微生物多样性分析

微基生物平台涵盖针对土壤微生物多样性研究的综合性科研服务。从实验规划开始→进行样本采集与保存→开展分子生物学实验→运用生信技术进行数据分析→最后提供论文协助。

该研究组运用高通量测序技术、PCR-DGGE技术和实时荧光定量PCR等手段对样品中的DNA序列进行测定，并通过生信分析对大量数据进行了系统性处理工作；通过对微生物种类及相对丰度与进化关系的深入阐明以及微生物多样性的探究研究；同时深入探讨了土壤微生物群落与其所处环境之间的相互作用关系

该研究组利用高通量测序技术、PCR-DGGE技术和实时荧光定量PCR等手段对样品中的DNA序列进行测定，并通过生信分析对大量数据进行了系统性处理工作；通过对微生物种类及相对丰度与进化关系的深入阐明以及微生物多样性的探究研究；同时深入探讨了土壤微生物群落与其所处环境之间的相互作用关系

技术路线：

高通量分析流程

PCR-DGGE分析流程

检测平台：

微基生物拥有Illumina新型高通量测序仪（Illumina MiSeq）、Ion Torrents测序系统（Ion PGM）、罗切斯的第二代高通量 sequencing platform（Roche 454）、PacBio SolaSeq三代平台（PacBio第三代高通量测序分析）、变性梯度凝胶法用于分子杂交技术（PCR-DGGE）以及实时定量PCR技术（Real-time qPCR），同时提供克隆文库检测服务。

样品采集：

微基生物向客户提供样品采集相关配套工具，包括采集盒、保存液、取样勺和保存管等。

送样要求：

样品原样

(1)样品类型：土壤，新鲜取样，冻存于-80℃

(2)样品需求：≥2g

(3)样品保存期间切忌反复冻融，送样时请使用冰袋或干冰运输

DNA类型

(1) 样品类型： DNA

(2) 样品需求量：≥300ng

(3) 样品浓度： ≥10ng/μL

(4) 样品纯度：OD260/280=1.8-2.0并确保DNA无降解

(5) 样品保存期间切忌反复冻融，送样时请使用冰袋或干冰运输

在完成样品质量检测后, 我们将实施 PCR 扩增等后续步骤

生物信息与统计学服务：

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生信分析项目

案例分析

标题：

研究领域： 土壤微生物

分析物种： 细菌

取样方法：从中国科学院封丘站采集体积为1.4 \times 1.2 \times 1.0立方米的土壤样本，并将这些样本分别北移至黑龙江省海伦气象台、南移至江西省鹰潭市气象台。每个处理单元设置3次重复试验。从该区域自2006年至2011年间每年8月至9月期间提取表层土（厚度为20\text{cm}），经密封处理后置于聚乙烯塑料袋内，并于-80^\circ\text{C}条件下保存。

高通量测序平台： Illumina MiSeq 2×150

测序区域： 16S rRNA gene V4区

样本数及分组： 分3组，3个重复，共63个样本。

研究背景：

生物群体对由某些人为因素造成的潜在影响（如气候改变）的反应是目前生态学研究的一个重要课题。鉴于微生物群落处于生物物质循环网络中的核心地位，在应对气候改变方面的作用可能会影响整个生态系统的结构配置。已有研究表明：温度变化是决定土壤微生物群落组成与生态系统功能（如土壤呼吸作用速率、有机物储存量以及固氮能力）的关键驱动因素；而区域间的土壤互移实验则为探究微生物群落对气候变化响应提供了创新的研究思路与技术手段

主要结果：

（1）微生物的演替

随着时间的发展，在土壤内部的不同区域（包括向北和向南），微生物群落组成发生了显著变化。在这一过程中, 微生物多样性逐渐增强。

（2）由土壤移植引起的土壤微生物的变化

微生物的变化速率可作为评估微生物群落相似性的指标。在各研究样本中的微生物群落都显示出显著的时间衰减特征。其向北或向南移植土壤中菌群的变化速率均高于本地对照，在其向北或向南移植的情况下更是如此。

当温度上升或下降时（或随之变化），微生物群落的变化速率也随之提升。当将土壤向南迁移时（伴随着气候变暖），微生物群落的波动性显著增强，并且其变化频率也随之提高。将土壤向南移植所得的效果显著优于其他方法。有趣的是，在研究中发现细菌群落（按门水平）组成的变化与分类学分度之间存在相关性关系：其中变形菌门、拟杆菌门以及疣微菌门的丰度与相应的分类学分度呈负相关关系；而酸杆菌门、放线菌门、后壁菌门以及浮霉菌门则表现出正相关关系

（3）细菌群落及系统进化树分析

经过为期六年的试验，在三个样本中共鉴定出78个OTUS（其OTU的数量极少），这些OTUS分属9个门类。通过使用MEGA 5软件构建系统的进化树（如图所示）。

在其中，在酸杆菌科中发现的主要细菌株包括位于该科中的Gp4与Gp6、节细菌属（Rikenellaceae）、硝化螺杆菌属（Rudophiaceae）、鞘氨醇单胞菌（Cenotrichium sp.）、Fervidicoccus（F.）、Sphingosinicella（S.）、steroidobacterium（S.）以及Terramonas。

（4）微生物演替与环境因子的关系

研究微生物演替与其所处环境因子之间的关系时

本研究应用了Illumina MiSeq测序平台作为研究工具，并以移植后的土壤微生物群落作为分析对象，在其16S rRNA基因V4区进行了扩增工作。通过这一操作过程,我们成功获得了土壤环境中细菌种群分布的相关数据,并对其生态变化特征展开了深入分析。
在实验过程中,我们应用Illumina MiSeq双端测序技术,在一个样本中获得了948,765条测序数据,其中质量可接受的有效读数共计10,947条.结果显示:相较于原有土壤环境而言,向北方向移植（低温条件下的环境）使得菌落丰富度显著提升、演替进程明显加快;而在向南方向移植（高温条件下的环境）时则观察到菌落丰富度有所下降、演替速度达到最高水平（此时系统稳定性相对较低）。这种差异性变化的原因可能与温度调节导致代谢活动强度增强以及加剧了生物间的激烈生存竞争有关。

Long-term soil transplantation imitates climate shifts at different latitudes, marking a significant modification in microbial temporal dynamics.