基于DNA高通量测序技术的蓝藻水华生态学研究

发布时间：2020-06-14 16:36

【摘要】：蓝藻水华在全球范围内造成了许多生态灾难,有害蓝藻的大量繁殖往往伴有有毒或产异味的次级代谢产物大量生成。这些有毒有害物质会严重威胁水产经济动物的安全,随着鱼类的富集作用,大量有毒物质会在鱼类体内被浓缩,食用这类水产品会对人类健康造成巨大威胁。一种高效全面的蓝藻检测监控方式亟待开发。近来高通量测序技术的发展使获得环境中全部微生物的遗传信息变得可能。然而这些方法在蓝藻研究中存在较多的弊端,相关的建库测序流程还不明确,针对蓝藻特异性研究的生物信息学流程也没有完整的记录。本研究开发了一套在不同尺度下针对富营养化水体中蓝藻的高通量快速检测方法,并利用这套方法进行了一系列研究进行验证,具体结果如下:1、为了获得蓝藻和其附生细菌的关系信息,在于桥水库-海河的水系统中采取16S rRNA基因建库扩增水体中原核微生物并进行高通量测序检测。通过以97%阈值进行聚类,一共获得了5001条16S rRNA基因V3-V4可变区OTU。虽然在传统显微计数中两处水体均处于蓝藻水华爆发状态,但蓝藻及其附生细菌的群落结构在两个水体中有较大差异,从整个蓝藻的群落结构来看,微囊藻在于桥水库中占优势,而海河中丰度最高的蓝藻为聚球藻。拟杆菌和浮霉菌在于桥水库中明显高于海河。厚壁菌和疣微菌在海河中明显高于于桥水库。原核生物群落结构受环境因子影响较为明显,高通量DNA测序提供了微生物群落结构的更高分辨率。2、三峡水库及其周边水域构成的大型水工程系统是我国重要水生态淡水资源,以三峡水库小江回水区为研究区域,通过高通量检测流程建库扩增蓝藻特异性片段CPC,研究了蓝藻水华的周年动态构成,发现小江回水区蓝藻存在明显的季节演替规律,微囊藻,聚球藻和浮丝藻在全年交替优势。水体混合均匀,分层不明显,蓝藻群落结构受环境因子影响显著,本研究从整个蓝藻的群落结构尺度验证了高通量测序技术的可靠性。3、传统基于分子克隆技术对微囊藻种内遗传的研究由于获得的克隆文库容量较小、费用较高具有很多弊端,本研究首次使用高通量测序技术扩增了微囊藻的16S-23S基因转录间隔区片段一共获得了629341条片段,聚类为2005个OTU,Alpha多样性的研究表明海河的微囊藻种内遗传内多样性高于于桥水库。总的来说两个水体展现了较大的多样性差异。遗传发育分析进一步表明了微囊藻在小尺度上的变异。
【学位授予单位】：天津农学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52
【图文】：

流程图,微生物群落结构,生物信息学,蓝藻

图 2-2 微生物群落结构分析的生物信息学流程图（引自 Edgar 2013）Fig.2-2 Bioinformatics procedure of microorganism community structure.在蓝藻种群结构演替的研究中，目标是得到全部的蓝藻序列，在这时选定的引物必须针对整体蓝藻，因此更为具有特异性的蓝藻藻蓝蛋白片段被选择，在蓝藻的研，我们推荐使用藻蓝蛋白来作为蓝藻的遗传标记片段，进行高通量测序研究之前的

主成分分析,群落结构,对数转换

图 3-5 群落结构的主成分分析Fig.3-5 Principal component analysis for relative abundance of OTUs in two water areas注：全部的 OTU 经过加一对数转换all OTU numbers were added one and then performed a logarithmic transformation.

【参考文献】