科研思路｜JHM：宏基因组探索生物添加法降解多环芳烃过程中微生物及功能基因的变化

论文信息

论文题目：Comparative metagenomic analysis of PAH degradation in soil by a mixed microbial consortium

期刊：Journal of Hazardous Materials

IF：7.65

发表时间：2016

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本文使用一个具有多环芳烃降解能力的混合微生物体系，添加到多环芳烃污染土壤中，进行生物添加法多环芳烃污染修复模拟实验，通过宏基因组测序技术分析多环芳烃降解过程中微生物群落组成的变化，进一步利用对多环芳烃降解相关基因的注释及其丰度变化，推测多环芳烃的降解路径并识别关键降解基因，对于使用宏基因组技术研究污染物降解机制具有一定的参考和模仿价值。

研究背景

由于结果的复杂性和潜在的毒性，碳水化合物污染的土壤已经成为了一个世界性的问题。

多环芳烃由于其高的毒性和持续性受到了广泛的关注，利用微生物降解是多环芳烃污染修复的理想方法。

但在多环芳烃降解过程中，微生物及其功能基因变化规律还并不清楚，同时，具有不同多环芳烃降解能力的微生物对污染物质的降解机制也并没有全面的了解。

技术路线

研究结论

1、具有多环芳烃降解能力的微生物添加增加了土壤微生物的呼吸作用，促进了多环芳烃的降解。

2、微生物添加的样品中，随着培养时间的延长，微生物多样性明显上升，这可能是由于多环芳烃被降解，土壤中的毒性下降。

3、微生物的添加会改变多环芳烃污染土壤的群落，使土著微生物趋向于富集特异的降解微生物。

4、微生物的添加主要是增加了好氧多环芳烃降解路径相关基因的丰度，从而促进了PAHs的降解，同时生物添加降低了毒性中间产物形成的基因的丰度。

5、通过推测的降解路径，说明有一些广谱性的酶同时参与了Phe、Pyr和Bap的降解，其中萘-1,2-双加氧酶 (EC 1.14.12.12) 是一个关键的降解酶。

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研究特色

本文只对6个土壤样品进行了宏基因组测序，并且没有样品的测序数据量也相对较小，只有不到500M的测序数据量，与常规宏基因组6G的测序数据量相差甚远。

测序数据量很小的原因是由于本文是针对实验室模拟的生物添加体系，可以预见在样本中微生物的多样性很低，因此无需大数据量的测序即可覆盖完整的微生物群落。

在进行宏基因组测序研究之前，各位老师也可以根据所研究样品的微生物多样性大小，调整测序的深度，从而有效控制测序和分析所需的成本。

本文针对所研究的多环芳烃降解过程，特异性的构建了包含Hydroxylating dioxygenases、monooxygenases、ligninolytic peroxidases和laccases的多环芳烃降解基因数据库，从而能够实验多环芳烃降解路径的推测及关键功能基因的识别。

在宏基因组测序的常规结果中，通常只会对数据进行KEGG、GO、COG等综合性数据库的注释，这种注释结果只能从整体上分析微生物群落的功能结构，但是对于特定物质的降解和代谢路径研究帮助并不大，如想深入的分析某一特定物质的降解、代谢、合成路径，必然要构建特异性的数据库对宏基因组进行注释。

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