第09期-张干研究组.PDF

2016年1月 第九期 跬步集 中国科学院广州地球化学研究所 有机地球化学国家重点实验室 张干课题组内部刊物 01 功能基因与微生物分类信息关联方案 江龙飞 03 大气棕色碳研究检测技术初探 莫扬之 09 近五年来我国大气气溶胶源解析中OC及EC主要来源 ——被严重低估的生物质燃烧 苏 涛 11真菌与细菌联合培养降解高分子量多环芳烃 李启虔 14 磁性纳米颗粒的主要特性 戴 青 16 细菌的分类鉴定法 李继兵 19 Predicting taxonomic and functional structure of microbialcommunity YingtaoSun 24 KIEs 的测量计算 耿晓飞 本期主编：李继兵 跬步集 2016年1月 第九期 功能基因与微生物分类信息关联方案 江龙飞 实验室开展稳定性同位素探针实验已有数年，在DNA-SIP 方面的技术已臻 至成熟，然而如何进行后续研究，进一步把握功能微生物的信息，成为科研过程 中最大的障碍。 目前，我们期望通过MNP （磁性纳米颗粒）技术及单细胞拉曼技术等方式 获得功能细胞群或者单个功能细胞，对它们进行生理生化或测序分析，挖掘其内 在信息。但是，受限于科研设备，样品复杂度，技术难度等因素，要想在短期内 获得成功，仍有极大的难度。为了研究的顺利进行，在此推荐一种生物信息分析 方法，希望能在一定程度上解决这一问题。 在宏基因组研究过程中，存在着与我们类似的一个问题，当标记基因 （例如 16S rRNA ）缺乏时，无法将功能基因片段与微生物的种属分类结合起来。为了 解决这一问题，科研人员常常利用GC 含量，密码子的使用偏好来对不同的基因 片段这行分类，然而，结果差强人意，虽然在一定程度上对基因片段进行了分组， 但是结果往往具有较大偏差，模糊，不确切。 早在上世纪，人们就发现基因组中的寡核苷酸的频率具有种属的信号特征 (Karlin, 1998; Karlin and Ladunga, 1994) 。利用这一特征，人们可以研究DNA 的 水平转移(Dalevi et al., 2006) ，重建微生物之间的进化关系(van Passel et al., 2006) ， 推断噬菌体的生活方式等(Mrazek and Karlin, 2007) 。对于我们的研究来说，其最 为重要的作用在于可以将宏基因组片段归附到相应的微生物分类上，该过程被称 为装箱（binning ）(McHardy and Rigoutsos, 2007) 。Gregory et.al 等人选取了 Richmond 矿山的两个生物膜样品对该方法在环境样品中的应用进行了测试(Dick et al., 2009) 。他们对两个样品分别进行文库构建和桑格测序，提取其中无法分类 的DNA 片段，构建成一个统一的数据库，计算长度为2 至5kb 序列的四核苷酸 频率，以1bp 为步长，构建计算窗口。通过无导师神经网络算法对四核苷酸频率 特征进行分类，发现频率特征对于亲缘关系较远的DNA 片段具有很好的聚类效 果，但是对于同种属的微生物，由于其共有大量的DNA 信息，导致它们难以被 很好的区分开。此外，由于转移元件导致DN