人肠道细菌细胞大小鉴定与物种分布规律研究

论文摘要

微生物的细胞大小是其基本且重要的特征,理应作为细胞生理和生态学功能研究的重要参考因素。环境微生物细胞体积相差巨大,目前环境微生物学研究中采用的分子生态学技术基本忽略了微生物之间的细胞大小差异。本文以人体肠道细菌为研究对象,通过粒径分级过滤、细胞数量绝对定量并结合高通量测序技术对肠道细菌细胞大小与物种、基因组大小、rRNA基因拷贝数及其表达量等方面的分析,得出以下结论:（1）多个个体来源所获得的细胞大小鉴定结果呈现出高度一致性,表明本研究采用的方法可有效对大多数肠道微生物细菌同步实现粒径分级和物种鉴定;（2）在单基因（16S rRNA基因与rpoB基因）水平和基因组水平定义的细胞大小非常接近,对于相同物种其相对标准偏差在1.6%-1 8.5%范围;（3）16S rRNA序列相似度很高（>99%）的细菌间其细胞大小相近的概率较高,随着相似度的降低（99%-90%）,细胞大小差异也随之增大;（4）伴随肠道微生物细胞大小的增加,细胞基因组大小、rRNA基因拷贝数及其表达等方面呈现出增高的趋势,暗示细胞大小与基因组演化与生理特征方面的潜在关联。综上,本研究首次探索肠道菌群细胞大小与物种分类、基因组特征等方面的相关性,研究结果将有助于补充现有微生物分子生态学研究中忽略细胞大小信息的不足,相关实验与分析方法可应用于其他环境菌群系统。

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摘要

Abstract

第一章前言

1.1 微生物生态学研究背景

1.1.1 微生物生态学技术发展

1.1.2 肠道微生物生态学研究现状

1.1.3 微生物生态学技术局限性

1.2 微生物细胞大小研究

1.2.1 微生物的细胞大小

1.2.2 细胞大小测量方法

1.2.3 微生物细胞大小调控机制概述

1.2.4 微生物细胞大小与基因浓度稳态调节

1.3 本论文的设计与研究意义

第二章材料与方法

2.1 样品收集与处理

2.1.1 样品收集

2.1.2 样品处理

2.2 实验材料

2.2.1 实验试剂

2.2.2 实验设备

2.2.3 实验耗材

2.3 实验方案流程

2.4 扫描电子显微镜观察

2.5 荧光显微镜细胞计数

2.6 粒径分级样品基因组提取

2.7 粪便样品DNA/RNA共提取

2.8 PCR扩增

2.8.1 DNA样品PCR

2.8.2 反转录PCR

2.9 宏基因组样品文库准备与测序

2.9.1 核酸片段化

2.9.2 DNA文库构建及测序

2.10 高通量测序数据分析

2.10.1 16S rRNA序列处理

2.10.2 计算zOTU在粒径分级样品中比例

2.10.3 基于16S rRNA基因的大小细胞转录差异

2.10.4 zOTU相似度和细胞大小差异度

2.10.5 宏基因组数据处理

2.11 数据作图软件

第三章结果与分析

3.1 电子扫描显微镜观察粒径分级效果

3.2 肠道微生物细胞大小分布情况

3.3 基于16S rRNA基因的粒径分级样品分析

3.3.1 肠道细菌细胞大小定义

3.3.2 基于16S rRNA基因的不同细胞大小组分聚类分析

3.3.3 近缘物种细胞大小相似性

3.4 不同大小细菌间16S rRNA基因表达差异

3.5 基于宏基因组的粒径分级样品分析

3.5.1 不同粒径分级样品中的物种比例

3.5.2 各粒径分级样品基因组分箱结果比较

3.5.3 各粒径分级样品基因组bins细胞大小分析

3.5.4 基因组大小与细胞大小关联性

3.5.5 基于rpoB基因的细胞大小与系统发生相关分析

3.6 不同方法定义细胞大小的一致性

第四章讨论

4.1 肠道细菌细胞大小测量方法

4.2 肠道细菌细胞大小与分类鉴定

4.3 肠道细菌细胞大小与基因表达

第五章结论、创新点与不足

附录

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王磊

导师: 郭峰

关键词: 肠道细菌,细胞大小,微生物生态

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技

专业: 生物学,基础医学

单位: 厦门大学

分类号: R37

总页数: 92

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