一种用于检测不同固碳途径微生物种类和丰度的方法技术

本发明专利技术提供一种用于检测不同固碳途径微生物种类和丰度的方法，即一种精确分析海水环境中非培养自养微生物类群及其CO2固定通路的方法。本发明专利技术的方法克服了自养微生物传统培养和单基因途径构建文库方法的缺点，基于宏基因组测序技术能更加全面的获得自养微生物的类群。避免常规宏基因组相对复杂繁琐的分析流程，Diting软件能更简单高效地分析和评估固碳途径在海洋不同区域和不同深度下的分布和重要程度。能够获得高质量的微生物基因组MAGs能够更精确地提供固碳标志基因群在自养微生物类群中存在的证据，还能发掘出新颖的固碳微生物类群。物类群。物类群。

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测不同固碳途径微生物种类和丰度的方法


[0001]本专利技术属于海洋微生物检测
，具体涉及一种用于检测不同固碳途径微生物种类和丰度的方法。

技术介绍

[0002]海洋是地球上最大的碳库，海洋微生物虽个体小，但种类繁多，生物量更是巨大，在全球碳循环过程中有着重要的地位。单是海洋中光合自养微生物每天固定CO2产生的有机碳量就可与陆地上所有植物固定的有机碳量相当。目前，在陆地各类生态系统中参与固碳的微生物被广泛研究，但海洋中固定CO2的自养微生物类群及其通路检测还需要进一步深入探索。
[0003]迄今为止，已经确定了以下六种微生物自养碳固定通路：卡尔文(CBB)循环、还原性三羧酸(rTCA)循环、Wood
‑
Ljungdahl(W
‑
L)途径、3
‑
羟基丙酸/4
‑
羟基丁酸(3HP
‑
4HB)循环、3
‑
羟基丙酸循环(3HP)和二羧酸/4
‑
羟基丁酸(DC
‑4‑
HB)循环途径。现有技术中多基于传统纯培养或单细胞测序技术，以及高通量测序的方式获得自养微生物类群的信息。但是现有方法基于纯培养方法获取的自养微生物种类很有限，往往会忽略掉很多不可培养和难以分离的自养微生物类群，导致无法获得更全面和真实的自养微生物群落组成；基于单细胞测序技术不易独立获取多个自养微生物基因组信息，且成本高；常规宏基因组测序虽然可以获取混合样本中所有微生物信息，但无法组装出长且连续的基因组片段来获得高质量的自养微生物基因组信息。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种用于检测不同固碳途径微生物种类和丰度的方法，即一种精确分析海水环境中非培养自养微生物类群及其CO2固定通路的方法。
[0005]本专利技术首先提供用于检测微生物自养碳固定通路的标志基因群，所述的标志基因群，其中包含有：
[0006]用于检测卡尔文循环固碳通路微生物的标志基因群，其包含有磷酸核糖酮磷酸激酶(phosphoribulokinase,prkB)、核糖
‑
1,5
‑
二磷酸羧化酶大亚基(ribulose
‑
bisphosphate carboxylase large chain,rbcL)和核糖
‑
1,5
‑
二磷酸羧化酶小亚基(ribulose
‑
bisphosphate carboxylase small chain,rbcS)；
[0007]用于检测还原性三羧酸循环固碳通路微生物的标志基因群，其包含有ATP
‑
柠檬酸裂解酶α亚基(ATP
‑
citrate lyase alpha
‑
subunit,aclA)和ATP
‑
柠檬酸裂解酶β亚基(ATP
‑
citrate lyase beta
‑
subunit,aclB)；
[0008]用于检测Wood
‑
Ljungdahl途径固碳通路微生物的标志基因群，其包含有一氧化碳脱氢酶催化亚基(carbon
‑
monoxide dehydrogenase catalytic subunit,acsA)和乙酰辅酶A合酶(acetyl
‑
CoA synthase,acsB)；
[0009]用于检测3
‑
羟基丙酸/4
‑
羟基丁酸循环固碳通路微生物的标志基因群，其包含有
3
‑
羟酰辅酶A脱氢酶(3
‑
hydroxyacyl
‑
CoA dehydrogenase)、4
‑
羟丁酰辅酶A脱水酶(4
‑
hydroxybutyryl
‑
CoA dehydratase)和3
‑
羟基丙酸脱氢酶(3
‑
hydroxypropionate dehydrogenase)；
[0010]用于检测3
‑
羟基丙酸循环固碳通路微生物的标志基因群，其包含有丙二酰辅酶A还原酶(malonyl
‑
CoA reductase)、(S)
‑
柠檬酰
‑
辅酶A裂解酶((S)
‑
citramalyl
‑
CoA lyase)、3
‑
甲基富马酸辅酶A水合酶(3
‑
methylfumaryl
‑
CoA hydratase)和2
‑
甲基富马酸辅酶A异构酶(2
‑
methylfumaryl
‑
CoA isomerase)；
[0011]用于检测二羧酸/4
‑
羟基丁酸循环途径固碳通路微生物的标志基因群，其包含有3
‑
hydroxyacyl
‑
CoA dehydrogenase和4
‑
hydroxybutyryl
‑
CoA dehydratase；
[0012]本专利技术所提供的标志基因群用于检测不同固碳途径微生物的类别和丰度；
[0013]其一种方法，包括如下的步骤：
[0014]1)收集待检测海水样品的环境DNA样品后，进行宏基因组测序，得到原始宏基因组数据集；
[0015]2)在Linux操作平台上，首先利用metaWRAP程序对个样本宏基因组原始reads数据进行修剪，过滤和质控得到clean reads的宏基因组数据；再使用DiTing软件来对输入的clean reads的宏基因组数据进行分析和KEGG数据库功能注释，获得标志基因群中对应基因在样品宏基因组中的丰度信息。
[0016]具体操作步骤如下：使用DiTing软件中的Megahit程序对得到的clean reads的宏基因组数据进行组装成contig；使用Prodigal程序从contig中预测基因得到开放阅读框ORF；使用BWA
‑
MEM程序去预测基因；同时使用hmmsearch程序将预测基因翻译的蛋白序列与KOfam数据库进行比对，KofamKOALA程序将为蛋白序列分配比对到KO编号；进而得到每条蛋白序列对应的KO编号在每个样品中的丰度信息，最后根据公式标准化计算各固碳通路在样品中的丰度信息：
[0017][0018]其中A
i
是各固碳通路的相对丰度，a
m_n
是固碳通路中每一步中的基因相对丰度，m是完成固碳通路的步骤，n是同一步骤中的基因数量。
[0019]3)为了在基因组水平上进一步提高本专利技术方法检测的准确性，首先使用MetaBAT，MaxBin和MetaWRAP程序从上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于检测微生物自养碳固定通路的标志基因群，其特征在于，所述的标志基因群中包含有：用于检测卡尔文循环固碳通路微生物的标志基因群，其包含有磷酸核糖酮磷酸激酶、核糖
‑
1,5
‑
二磷酸羧化酶大亚基和核糖
‑
1,5
‑
二磷酸羧化酶小亚基；用于检测还原性三羧酸循环固碳通路微生物的标志基因群，其包含有ATP
‑
柠檬酸裂解酶α亚基和ATP
‑
柠檬酸裂解酶β亚基；用于检测Wood
‑
Ljungdahl途径固碳通路微生物的标志基因群，其包含有一氧化碳脱氢酶催化亚基和乙酰辅酶A合酶；用于检测3
‑
羟基丙酸/4
‑
羟基丁酸循环固碳通路微生物的标志基因群，其包含有3
‑
羟酰辅酶A脱氢酶、4
‑
羟丁酰辅酶A脱水酶和3
‑
羟基丙酸脱氢酶；用于检测3
‑
羟基丙酸循环固碳通路微生物的标志基因群，其包含有丙二酰辅酶A还原酶、(S)
‑
柠檬酰
‑
辅酶A裂解酶、3
‑
甲基富马酸辅酶A水合酶和2
‑
甲基富马酸辅酶A异构酶；用于检测二羧酸/4
‑
羟基丁酸循环途径固碳通路微生物的标志基因群，其包含有3
‑
hydroxyacyl
‑
CoA dehydrogenase和4
‑
hydroxybutyryl
‑
CoA dehydratase。2.权利要求1所述的标志基因群在检测不同固碳途径微生物的类别和丰度中的应用。3.一种检测不同固碳途径微生物的类别和丰度的方法，其特征在于，所述方法是检测权利要求1所述的标志基因群中的对应基因在样品中的类别和丰度。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓华，陈星，薛春旭，刘吉文，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：