生物地球化学循环主要是指化学物质(如碳、氮、硫等)在生物区室和非生物区室之间的运动,它影响气候变化和人类健康。这些元素是生物地球化学循环和生命有机体数量、质量及其生命活动的重要组成部分,其代谢速率与各种生态系统乃至整个生物圈的结构、功能、生态过程和生产等各方面密切相关。

微生物是自然界碳氮磷硫等元素循环的主要驱动力,微生物群落在调节全球生物地球化学循环中发挥着不可或缺的独特作用。通过检测微生物元素循环功能基因,可综合分析不同生境下元素循环的整体水平及其影响因素,为环境健康和影响评价提供基因水平上的有力证据。

图1. 关键词搜索PubMed文章总数

(截止2022年06月30日)

图2. 关键词搜索PubMed近6年文章

(截止2022年06月30日)

目前针对群落样本的生物地球化学元素循环的组学技术主要有宏基因组、宏转录组等,除此之外还有基因芯片检测如:GeoChip、高通量qPCR检测技术等。其中宏基因组研究群落样本全部的DNA、高通量qPCR研究特定功能基因。目前,很少见到专门从宏组学数据中描述生物地球化学途径的数据库和一个公认的标准化模型来估计宏组学数据中通路的相对丰度。


DiTing

DiTing是一个根据宏组学测序数据推断和比较生物地球化学途径的工具软件。该工具基于KEGG数据库及手动创建的DMSP循环基因数据库,开发了包括11种循环、近100种生物地球化学途径的特定公式来计算各途径的相对丰度。利用DiTing进行分析,可从环境组学数据中获得有关微生物驱动的生物地球化学循环的丰富信息。


美格基因根据DiTing提供的生物地球化学途径与基因的对应关系,对宏基因组和高通量qPCR碳氮磷硫功能基因芯片分别开发对应的元素循环分析包,帮您轻松分析宏基因组、碳氮磷硫功能基因芯片元素循环。


图3. DiTing流程图

宏基因组元素循环分析

根据DiTing提供的生物地球化学途径与基因的对应关系,提取出参与碳、氮、磷、硫等元素循环的功能基因(涵盖6个循环、65个通路、547个功能基因),基于宏基因组得到的KEGG注释、物种注释结果和DiTing的循环通路丰度计算公式,对参与碳、氮、磷、硫等元素循环的功能基因进行丰度堆叠条形图分析、代谢循环基因热图分析、物种代谢循环分析、循环通路丰度分析及元素循环路径的可视化分析。


表1. 循环通路及基因数



分析结果展示


碳氮磷硫功能基因芯片元素循环分析

基于高通量qPCR技术的碳氮磷硫功能基因芯片,可对71个碳氮磷硫功能基因进行相对和绝对定量,拓展了群落微生物研究的新的思路。根据DiTing提供的生物地球化学途径与基因的对应关系,从碳氮磷硫功能基因芯片检测的功能基因中,提取了参与碳、氮、硫元素循环相关的功能基因(涵盖3个循环、24个通路、36个功能基因),基于芯片检测结果和DiTing的循环通路丰度计算公式,对参与碳、氮、硫元素循环基因进行丰度堆叠条形图分析、聚类热图分析、循环通路丰度分析及元素循环路径的可视化分析。


表2. 循环通路及基因数

注:部分基因涵盖多个通路


分析结果展示

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