Ақпарат

Топырақтағы микробтарды анықтау әдістері

Топырақтағы микробтарды анықтау әдістері


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Мен топырақ үлгісіндегі тіршілікті зерттеуге тырысамын. Мен онда бактериялардың, саңырауқұлақтардың және басқа да ағзалардың қандай түрлері бар екенін білгім келеді. Мен ITS реттілігі мен 16S рРНҚ секвенциясы мұны істеудің екі ықтимал жолы екенін естідім, бірақ мен қайсысын (егер де болса) пайдалану керектігін немесе келесі арқылы жеткізілген нәтиже файлын қалай түсіндіретінін түсіну үшін бұл әдістер туралы жеткілікті білмеймін. зертхана. Бұл әдістер мен қалаған нәрсені істей ме? Бірін екіншісінен қалай таңдауға болады? Ал нәтижелерді қалай түсіндіремін?


16S және ITS әдістері әрбір ағзаның ДНҚ-сынан қысқа, «штрих-код» тізбектерін күшейту және олардан шыққан ағзаны анықтау үшін сол қысқа тізбектерді пайдалану арқылы үлгілеріңіздегі ағзаларды анықтауға тырысады.

16S прокариоттарды (бактерияларды) кем дегенде тектік деңгейге дейін ажырату үшін пайдалы болуы мүмкін. Ол әрқашан нақты түрлерді анықтау үшін жеткілікті ақпарат бермейді. ITS кейбір эукариоттарды (өсімдіктер, саңырауқұлақтар және т.б.) тіпті түр деңгейіне дейін ажырату үшін әсіресе пайдалы болуы мүмкін. Егер сізді бактериялар мен саңырауқұлақтар қызықтырса, үлгілеріңізде екі талдауды да орындауыңыз керек.

Басқа тәсіл – 16S немесе ITS аймағын ғана күшейтудің орнына, үлгіден кез келген ДНҚ-ны бөліп алып, ретін келтіре отырып, содан кейін оқылатын әрбір тізбекті анықтамамен туралау арқылы түрге/тұқымға тағайындауға тырысатын шолақ мылтық метагеномикасын пайдалану. жинау (мысалы, MEGAN құбыры) немесе кмер талдауы арқылы (мысалы, Kraken).

16S-пен жұмыс істеуге арналған бірнеше пакеттік тәсілдер бар. Qiime2 танымал және оны жұмыс істеу үшін python-да біраз жұмысты қажет етуі мүмкін. R пакетінің микробиомасы бар, бірақ менің бұл тәжірибем жоқ. Mothur — ұзақ уақыт бойы жұмыс істейтін дербес пакет, оны пайдалану өте оңай және MG-RAST — веб-негізделген нұсқасы, ол да өте оңай.

ITS талдауы құбырлар ретінде толық дамымаған, бірақ топырақ микробиомаларын басқа адамдардың зерттеулерін іздеу арқылы әдебиеттен кейбірін таба алатыныңызға сенімдімін.

Егер сіз бүкіл геном/метогеномика тәсілдері туралы көбірек білгіңіз келсе, бұл әдістер мен тәсілдерді шолу пайдалы болуы мүмкін: http://ccb.jhu.edu/people/salzberg/docs/Breitwieser-etal-2017-Metagenomics-review- reprint.pdf


16S әлі күнге дейін организмдерді анықтаудың ең танымал әдістерінің бірі болып табылады. Техника өте тұрақты және ол жақсы жұмыс істейді. Дегенмен, оның кейбір шектеулері бар, мысалы, осы геннің түрдегі көшіру санының айтарлықтай айырмашылығы бар. Бұл сандық көрсеткішті сенімді емес етеді.

Нәтижелеріңізді талдау үшін қай құралдар жақсырақ екенін шешу үшін CAMI сынақ қағазын қарап шығуға болады. Талдаудың әртүрлі бөліктеріне арналған бірнеше құралдар зертханаларда салыстырылады. Ең танымал құралдар сіздің талдауыңыз үшін әрқашан жақсы бола бермейді.


Топырақ микробиологиясы (емтихан сұрақтары мен жауаптары)| Микробиология

Жауабы: (1) Қыналардағы саңырауқұлақтар мен балдырлардың бірлестігі.

(2) Қарапайымдылардың цитоплазмасында өмір сүретін бір жасушалы балдырлардың иесі ретінде қызмет ететін қарапайымдылар. Қарапайымдылар кеңістік пен қорғаныс береді, ал балдырлар иесіне қосымша қоректік заттар береді.

С.3. Комменсализм дегеніміз не?

Жауабы: Комменсализмде бір организм екіншісіне әсер етпестен қарым-қатынастан пайда көреді, мысалы, кейбір бактериялар целлюлоза сияқты полимерлерді көрші қоқыс жинаушылар оңай пайдаланатын қарапайым компонентті глюкозаға дейін ыдыратуы мүмкін.

Q.4. Бірлескен метаболизм дегеніміз не?

Жауабы: Кейбір организмдер пестицидтер сияқты төзімді химиялық заттарды ыдырай алмайды, бірақ глюкоза сияқты негізгі энергия көзі берілсе, олар мұны істей алады.

С.5. Неліктен топырақ “биологиялық өрт”.

Жауабы: Ағаш төгетін жапырақты топырақ оның органикалық заттарын көміртегіге, азотқа және басқа химиялық қосылыстарға айналдыру арқылы оңай жейді.

Q.6. Топырақтағы органикалық заттар қанша пайызды құрайды?

Жауабы: Ол ауылшаруашылық топырақтарында 2-10%, шымтезек топырақтарында 95% дейін жетеді.

Жауабы: Жартылай ыдыраған органикалық заттардан тұратын топырақтағы қара түсті материал қарашірік деп аталады.

Q.8. Неліктен топырақ газдарында көмірқышқыл газының үлесі көп, ал оттегінің үлесі аз?

Жауабы: Топырақ организмдерінің тыныс алуына байланысты.

С.9. Топырақ газдары қай жерде кездеседі?

Жауабы: Топырақ газдары топырақ бөлшектері арасындағы кеуектер мен бос орындарда болады немесе оның құрамындағы суда еріген күйде болады.

Q.10. Құнарлы топырақта кездесетін жануарларды ата.

Жауабы: Олар нематодтардан (минуттық құрттар) жәндіктер, милипедтер, қырықаяқтар, өрмекшілер, шламдар, ұлулар, жауын құрттары, тышқандар, меңдер, гоферлер (қорған кеміргіштер) және бауырымен жорғалаушылар сияқты ірі пішіндерге дейін өзгереді.

С.11. Бақша топырағының қай тереңдігінде микроорганизмдердің бір граммында максималды саны кездеседі?

Жауабы: 3-8 см тереңдікте.

Жауабы: Актиномицеттер шығаратын, топырақты көгерген иіспен қамтамасыз ететін газ тәрізді материал геосмин деп аталады.

Жауабы: Берілген көлемдегі тірі ағзалардың жалпы массасы биомасса болып табылады. Актиномицеттердің биомассасы топырақта болатын барлық бактериялардың биомассасына тең.

С.14. Қарапайымдылар саны бактерия популяциясымен бірге өседі немесе азаяды. Неліктен?

Жауабы: Өйткені олардың көпшілігінің жыртқыштық әдеті.

15-сұрақ. Топырақтың кең таралған микробтық қоздырғыштарын атаңыз.

Жауабы: Эндоспора түзетін бактериялар топырақта жиі тірі қалады, мысалы, жануарлардағы сібір жарасының қоздырғышы Bacillus anthracis, сіреспе тудыратын Clostridium tetani, ботулизмнің қоздырғышы Clostridium botulinum және газгреганның қоздырғыштары Clostridium perfringens.

С.16. Жәндіктердің қоздырғышы болып табылатын топырақ бактериясын атаңыз.

Жауабы: Thuringiensis таяқшасы.

С.17. Қандай элементтер биогеохимиялық циклдерге тәуелді?

Жауабы: Бұл көміртегі, азот, күкірт және фосфор.

С.18. Органикалық қосылыстарды синтездеу үшін қолданылатын бейорганикалық көміртек қайдан алынады.

Жауабы: CO2.

С.19. Парниктік эффект дегеніміз не?

Жауабы: Бұл қазбалы отынды шамадан тыс пайдалану салдарынан атмосферадағы көмірқышқыл газының көбеюі, нәтижесінде жердің жылынуы.

С.20. Топырақтағы белоктардың ыдырауынан бөлінетін аммиак қалай әрекет етеді?

Жауабы: Құрғақ топырақта аммиак шығып кетеді, ал ылғалды топырақта ол ериді.

Осылайша түзілген аммоний иондарын бактериялар мен өсімдіктер аминқышқылдарын синтездеу үшін пайдаланады.

С.21. Нитрификация дегеніміз не? Нитрификациямен байланысты бактериялардың екі түрін атаңыз.

Жауабы: Аммоний ионының нитратқа дейін тотығу процесі нитрификация деп аталады. Топырақта тіршілік ететін автотрофты нитрификациялаушы бактериялар – Nitrosomonas және Nitrobacter. Нитрификация төменде берілген екі кезеңмен жүреді:

С.22. Денитрификация дегеніміз не? Оны тудыратын бактерия түрлерін атаңыз.

Жауабы: Нитраттардың атмосфералық азотқа ыдырауы денитрификация, мысалы,

Қарапайым денитрификациялайтын бактериялар Pseudomonas болып табылады. Кейбір басқа тұқымдастарға Paracoccus, Thiobacillus және Bacillus жатады.

С.23. Симбиотикалық емес азот бекітетін бактерияларды атаңыз.

Жауабы: Олар азотобактериялар және кейбір цианобактериялар. Басқа түрлер: Clostridum, Klebsiella, Enterobacter (анаэробты) және Rhodospirillum және Chlorobium (аэробты фотоавтотрофты).

С.24. Ризофера дегеніміз не?

Жауабы: Топырақ пен тамыр байланысатын аймақ, әсіресе шабындықтарда. Бұл аймақ микробтық популяцияға бай.

С.25. Симбиотикалық азот бекіткіштерін атаңыз.

Жауабы: Бұршақ тұқымдас өсімдіктердің тамырында түйін түзетін Rhizobium және Bradyrhizobium.

С.26. Балдырлар мен саңырауқұлақтар қатысатын ормандағы азот экономикасына мысал келтіріңіз.

Жауабы: Қына.

С.27. Цианобактериялардың үш симбиондарын атаңыз.

Жауабы: (1) Anthoceros and briyophyte

(2) Азолла кішкентай қалқымалы папоротник және

С.28. Актиномицеттер мүшесінен түзілген симбиотикалық азотты бекітетін тамыр түйініне мысал келтіріңіз.

Жауабы: Франкия.

С.29. Түбір түйіндерінің түзілу кезеңдерін көрсетіңіз.

Жауабы: (1) Rhizobium-ның түбір шашына бекінуі.

(2) Бактериялар енетін инфекция жіпінің қалыптасуы.

(3) Бактерия жасушалары плеоморфты бактерицидке айналады және оралған түбір жасушалары көлемі ұлғаяды.

(4) ұлғайған түбір жасушалары түйін түзеді.

С.30. Тәртіпсіздік дегеніміз не? Мысал келтіріңіз?

Жауабы: Бұл деградацияға төзімділік, мысалы, ДДТ бас тартушы ретінде.

С.31. Солтүстік Үндістанның жазықтарында жиырма жыл бұрын азық-түлік мол болған қырандар мен басқа да жыртқыш құстардың жойылуының негізгі себептерінің бірі неде.

Жауабы: Ластанған тағамнан ДДТ жинақталуы олардың ұрпақты болу жүйесінің бұзылуына әкеледі.


Микробтық функция (ферменттік белсенділік)

Флюориметриялық және колориметриялық пластиналарды оқу құралдары көрінетін түсті немесе флуоресценцияны өлшеу үшін пайдаланылады
(Доктор С. Грейстонның суреті)

Ферментативті белсенділік микропластикалық әдіс арқылы бағаланды, ол топырақ үлгілерін сынақ субстратына шығару арқылы ферментативті белсенділікті сынауды қамтиды. Қашан? ферменттер зерттелетін субстратпен әрекеттеседі, ол не түсін өзгертеді (колорметриялық) немесе флуоресцентті түрде жарқырайды. Бұл техникада гидролитикалық белсенділікті (мысалы, фосфатаза) анықтау үшін флуоресцентті қосылыс пайдаланылды. Тотығу ферментативті белсенділігі (мысалы, фенолоксидаза) колориметриялық түрде бағаланды.

Доктор Элис Чанг PLFA анықтау үшін пайдаланылған газ хроматографымен (GC).
(Доктор С. Грейстонның суреті)

Анықтамалар

Adams IP, Glover RH, Monger WA, Mumford R, Jackeviciene E, Navalinskiene M, Samuitiene M, Boonham N (2009) Келесі ұрпақ секвенциясы және метагеномикалық талдау: өсімдіктер вирусологиясындағы әмбебап диагностикалық құрал. Mol Plant Pathol 10:537–545

Ansorge WJ (2009) Келесі ұрпақтың ДНҚ секвенирлеу әдістері. Жаңа биотехнология 25:195–203

Bardgett RD, Freeman C et al (2008) Көміртегі циклінің кері байланыстары арқылы климаттың өзгеруіне микробтардың үлестері. ISME J 2:805–814

Bertaux J, Gloger U, Schmid M, Hartmann A, Scheu S (2007) Топырақтағы әдеттегі флуоресцентті гибридизация. J Microbiol әдістері 69:451–460

Calbrix R, Laval K, Barray S (2005) Топырақтағы бактериялық қауымдастықтың әлеуетті функционалдық әртүрлілігін талдау: жалғыз көміртегі көзін пайдалану профильдерін қолданатын қайталанатын процедура. Eur J Soil Biol 41:11–20

Cho J-C, Tiedje TM (2001) Геном фрагменттері мен ДНҚ микро массивтерін пайдалану арқылы ДНҚ-ДНҚ будандастыруынан бактерия түрлерін анықтау. Appl Environ Microbiol 67:3677–3682

Cowan D, Meyer Q, Stafford W, Muyanga S, Cameron R, Wittwer P (2005) Метагеномикалық геннің ашылуы: өткен, қазіргі және болашақ. Trends Biotechnol 23(6):321–329

Dahllof I (2002) Микробтардың әртүрлілігін молекулалық қауымдастықтың талдауы. Curr Opin Biotechnol 13:213–217

Davis KER, Joseph SJ, Jansen PH (2005) Өсіру ортасының, егу мөлшерінің және инкубациялаудың топырақ бактерияларының дақылдылығы мен оқшаулануына әсері. Appl Environ Microbiol 71:826–834

Deldes C, Moletta R, Godon JJ (2000) 16 S rRNA полимеразды тізбекті реакцияның бір тізбекті конформациялық полиморфизм талдауын қолдана отырып, анаэробты ыдыратушы бактериялардың белсенділік динамикасын бақылау. Environ Microbiol 2:506–515

Дулитл В.Ф., Жаксыбаева О (2009) Прокариоттық түрлердің шығу тегі туралы. Genome Res 19:744–756

Dubois GW, Hill S, England LS, Edge T, Masson L, Trevors JT, Brousseau E (2004) Коммерциялық тұжырымдалған өнімдердің сипаттамасына арналған ДНҚ микро массивіне негізделген массив. J Microbiol әдістері 58:251–262

Эренрейх А (2006) Микробиологқа арналған ДНҚ микроаррей технологиясы: шолу. Appl Microbiol Biotechnol 73:255–273

Gentry TJ, Wickham GS, Schadt CW, He ZJ (2006) Микробтық экологияны зерттеудегі микромассив қолданбалары. Микроб Экол 52:159–175

Grayston SJ, Campbell CD, Bardgett RD, Mawdsley JL, Clegg CD, Ritz K, Griffiths BC, Rodwell JS, Edwards SJ, Davies WJ, Elston DJ, Millard P (2004) Микробтық қауымдастықтың құрылымындағы өзгерістерді бағалау. CLPP, PLFA қауымдастығының ДНҚ әдістерін қолдану арқылы әртүрлі басқару қарқындылығы. App Soil Ecol 25:63–84

Handelsman J (2004) Метагеномика: геномиканы өсірілмеген микроорганизмдерге қолдану. Microbiol BioI Rev 68:669–685

Hirsch PR, Mauchline TH, Clark IM (2010) Топырақ микробтық экологиясы үшін мәдениетке тәуелсіз молекулалық әдістер. Топырақ биохимиясы 42:878–887

Imfeld G, Vuilleumier S (2012) Топырақтағы бактериялық қауымдастықтарға пестицидтердің әсерін өлшеу: сыни шолу. Eur J Soil Biol 49:22–30

Juste A, Thomma BPHJ, Lievens B (2008) Азық-түлікпен байланысты матрицалар мен процестердегі микробты зерттеуге арналған молекулалық әдістердегі соңғы жетістіктер. Азық-түлік микробиолы 25:745–76

Kakirde KS, Petrushka LC, Liles MR (2010) Көлемі маңызды: топырақ метагеномикасы үшін қолданбалы тәсілдер. Топырақ биохимиясы 42:1911–1923

Kirk JL, Beaudette LA, Hart M, Moutoglis P, Klironomos JM, Lee H, Trevor JT (2004) Топырақтың микробтық әртүрлілігін зерттеу әдістері. J Microbiol әдістері 58:169–188

Lew S, Lew M, Mieszczynski T, Szarek J (2010) Жеке су және топырақ бактериялық жасушаларының физиологиялық күйін анықтау үшін таңдалған флуоресцентті әдістер — шолу. Folia Microbiol 55(2):107–118

Lichtman JW, Conchello JA (2005) Флуоресцентті микроскопия. Nat әдістері 2:910–919

Lozupone CA, Knight R (2008) Түрлердің дивергенциясы және микробтардың әртүрлілігін өлшеу. FEMS Microbiol 32:557–578

MacGregor BJ, Amann R (2006) Аралас rRNAS (rRNA-SSCP) бөлуге арналған бір тізбекті конформациялық полиморфизм, микробтық қауымдастықтар профилін жасаудың жаңа әдісі. Syst Appl Microbiol 29:661–670

Malik S, Beer M, Megharaj M, Naidu R (2008) Ластанған топырақ пен судағы микробтық қауымдастықтарды сипаттау үшін молекулалық әдістерді қолдану. Environ Int 34:265–276

Mardis ER (2008) Келесі ұрпақ секвенирлеу технологиясының генетикаға әсері. Trends Genet 24:133–141

Маргулис М, Эгхолм М, Альтман БЕ, Аттия С, Бадер Дж.С., Бембен Л.А., Берка Дж, Браверман МС, Чен ЮДж, Чен З, Дьюэлл СБ, Ду Л, Фиерро Дж.М, Гомес XV, Годвин BC, Хе В, Хельгесен С , Хо Ч.Н., Ирзик ГП, Джандо СК, Аленкер М.Л., Джарви Т.П., Джираж КБ, Ким Дж.Б., Найт Дж.Р., Ланза Дж.Р., Лимон Дж.Х., Лефковиц СМ, Лей М, Ли Дж, Лохман КЛ, Лу Х, Махиджани В.Б., Мак -Dade KE, McKenna MP, Myers EW, Nickerson E, Nobile JR, Plant R, Puc BP, Ronan MT, Roth GT, Sarkis GJ, Simons JF, Simpson JW, Srinivasan M, Tartaro KR, Tomasz A, Vogt KA, Volkmer GA, Wang SH, Wang Y, Weiner MP, Yu P, Begley RF, Rothberg JM (2005) Микрофабрикалы жоғары тығыздықтағы пиколитрлі реакторлардағы геномды секвенирлеу. Табиғат 437:376–380

McGrath KC, Thomas-Hall SR, Cheng CT, Leo L, Alexa A, Schmidt S, Schenk PM (2008) Қоршаған ортадағы микробтық қауымдастықтардан мРНҚ-ны оқшаулау және талдау. J Microbiol әдістері 75:172–176

Моралес С.Е., Холбен WE (2011) Бактериялардың сәйкестіктері мен экожүйелік процестерді байланыстыру: «омика» олардың бөліктерінің қосындысынан көп болуы мүмкін бе? FEMS Microbiol Ecol 75:2–16

Nocker A, Burr M, Camper AK (2007) Генотиптік микробтық қауымдастықты профильдеу: сыни техникалық шолу. Microbial Ecol 54:276–289

Novais RC, Thorstenson YR (2011) Микробиология үшін пиросеквенирлеудің эволюциясы: гендерден геномға дейін. J Microbiol әдістері 86(1):1–7

Nunan N, Wu KJ, Young IM, Crawford JW, Ritz K (2003) Бактериялық қауымдастықтың кеңістікте таралуы және олардың микроархитектуралық топырақпен қарым-қатынасы. FEMS Microbiol Ecol 44:203–215

Obsorn AM, Moore ERB, Timmis KN (2000) Микробтық қауымдастықтың құрылымы мен динамикасын зерттеу үшін терминалды шектеу фрагментінің ұзындығы полиморфизмін (T-RFLP) талдауды бағалау. Environ Microbiol 2:39–50

Петтерсон Е, Лундеберг Дж, Ахмадиан А (2009) Тізбектеу технологияларының ұрпақтары. Геномия 93:105–111

Раджендхран Дж, Гунасекаран П (2008) Қажетті қолданбалар үшін топырақ метагеномына қол жеткізу стратегиялары. Biotechnol Adv 26:576–590

Ranjard L, Richaume A (2001) Сандық және сапалық әдістер топырақтағы бактериялардың микро масштабты таралуы. Res Microbiol 152:707–716

Ranjard L, Poly F, Nazaret F (2000) Мәдениетке тәуелсіз молекулалық әдістерді қолдана отырып, күрделі бактериялық қауымдастықтарды бақылау: топырақ ортасына қолдану. Res Microbiol 151:167–177

Ranjard L, Poly F, Lata JC, Mougel C, Thioulouse J, Nazaret S (2001) Автоматтандырылған рибосомалық интергендік аралық талдау саусақ іздері арқылы бактериялық және саңырауқұлақ топырақ қауымдастықтарының сипаттамасы: биологиялық және әдістемелік өзгергіштік. Appl Environ Microbiol 67:4479–4487

Riesenfeld CS, Schloss PD, Handelsman J (2004) Метагеномика: микробтық қауымдастықтың геномдық талдауы. Анну Аян Генет 38:525–552

Ронаги М (2001) Пиросеквенирлеу ДНҚ секвенциясына жарық түсіреді. Genome Res 11:3–11

Schoenfeld T, Liles M, Wommack EK, Polson SW, Godiska R, Mead D (2009) Функционалды вирустық метагеномика және молекулалық құралдардың келесі буыны. Trends Microbiol 18:20–29

Scholz MB, Lo CC, Chain PSG (2011) Генерация секвенциясы және биоинформатикалық тар жолдар: метагеномдық деректерді талдаудың ағымдағы жағдайы. Curr Opin Biotechnol 23:1–7

Schroder W (2006) ГАЖ, геостатистика, метадеректер банкі және қоршаған ортаны модельдеу мен эпидемиологиядағы деректерді талдау және картаға түсіру үшін ағаш негізіндегі модельдер. Int J Med Microbiol 296:23–36

Scowa KM, Schwartza E, Johnsona MJ, Macaladya JL (2001) Микробтық биоәртүрлілік, өлшеу, Ин: Биоәртүрлілік энциклопедиясы, том 4. Академиялық, Сан-Диего, 177–190 беттер

Sessitsch A, Weilharter A, Gerzabek MH, Kirchman H, Kandeler E (2001) Ұзақ мерзімді тыңайтқыш далалық экспериментінің топырақ бөлшектерінің өлшем фракцияларындағы микробтық популяция құрылымы. Appl Environ Microbiol 67:4215–4224

Сингх BK, Munro S, Reid E, Ord B, Potts JM, Paterson E, Millard P (2006) Топырақтағы микробтық қауымдастықтың құрылымын физиологиялық, биохимиялық молекулалық әдістермен зерттеу. Eur J Soil Sci 57:72–82

Смит Е, Лифланг П, Гомманс С, Ван де Брук Дж, Ван МС, Вернарс К (2001) Өсіру және молекулалық әдістермен анықталған бидай алқабындағы бактериялық топырақ қауымдастығының әртүрлілігі және басым мүшелері. Appl Environ Microbiol 67:2284–2291

Söderberg KH, Probanza A, Jumpponenc BE (2004) Ризосферадағы микробтық қауымдастық қауымдастық деңгейіндегі физиологиялық профильдер (CLPP) және тікелей топырақ- және CFU-PLFA әдістерімен анықталады. Appl Soil Ecol 25:135–145

Speksnijder AGCL, Kowalchuck GA, De Jong S, Kline E, Stephen JR, Laanbroek HJ (2001) ПТР арқылы енгізілген микровариация артефактілері және тығыз байланысты 16 S rRNA генінің тізбегін клондау. Appl Environ Microbiol 67:469–472

Strausberg RL, Levy S, Rogers YS (2008) Адам геномдық медицинасы үшін дамып келе жатқан ДНҚ секвенирлеу технологиялары. Drug Discov Today 13(13–14):569–77

Tabacchioni S, Chiainni L, Bevivino A, Cantale C, Dalmastri C (2000) Табиғи микробтық популяцияның генетикалық әртүрлілігін бағалау үшін әртүрлі оқшаулау ортасын пайдаланудан туындаған ауытқу. Микробтық экология 40:169–176

Terrat S, Christen R, Dequiedt S, Lelievre M, Nowak V, Regnier T, Cachar D, Plassart P, Winker P, Jolivet C, Bispo A, Lemanceau P, Maron PA, Mougel C, Ranjard L (2012) Биомасса және метаТаксогеномикалық топырақ экстракция процедурасының әсерінен топырақ микробтық қауымдастықтарын бағалау. Микробтық биотехнология 5(1):135–141

Tringe SG, Von Mering C, Kobayashi A, Salamov AA, Chen K, Chang HW, Podar M, Short JM, Mathur EJ, Detter JC, Bork P, Hugenholtz P, Rubin EM (2005) Микробтық қауымдастықтардың салыстырмалы метагеномикасы. Ғылым 308:554–557

Van Elsas JD, Balley MJ (2002) Жылжымалы генетикалық элементтерді тасымалдау экологиясы. FEMS Microbiol Ecol 42:187–197

Ван Эльзас Дж.Д., Боерсма ФГХ (2011) Топырақ пен микосфераның микробиотасын зерттеудің молекулалық әдістеріне шолу. Eur J Soil Biol 47:77–87

Ван Эльзас Дж.Д., Ратгерс М (2005) Топырақтың микробтық әртүрлілігін және қауымдастық құрамын бағалау. Жұмыста: Bloem J, Hopkins DW, Benedetti A (eds) Топырақ сапасын бағалаудың микробиологиялық әдістері. CABI, Кембридж

Voelkerding KV, Dames SA, Durtschi JD (2009) Келесі ұрпақ секвенциясы: іргелі зерттеулерден диагностикаға дейін. Clin Chem 55(4):641–658

Ванг МС, Лю ЮХ, Ван О, Гонг М, Хуа ХМ, Панг ЮДж, Ху С, Ян ЮХ (2008) Метамидофостың топырақ микробтық қауымдастықтарының биохимиялық, катаболикалық және генетикалық сипаттамаларына әсері. Топырақ биохимиясы 40:778–788

Williamson KE, Kan J, Polson SW, Williamson SJ (2011) Прокариоттық ДНҚ-ның топырақтан жанама экстракциясын оңтайландыру. Топырақ биохимиясы 43:736–748

Xu J (2006) Геномика және метагеномика дәуіріндегі микробтық экология: тұжырымдамалар, құралдар және соңғы жетістіктер. Mol Ecol 15:1713–1731

Йылмаз С, Сингх АК (2011) Бір жасушалы геномды секвенирлеу. Curr Opin Biotechnol 23:1–7

Чжан Х, Лю Х, Лю С, Лю Ф, Чен Л, Сю Г, Чжун Ц, Су П, Цао З (2011) жауаптары Scirpus triqueter, симуляцияланған сулы-батпақты жерлерде пиренмен ластанған топырақ кезінде топырақ ферменттері мен микробтық қауымдастық. J Қауіпті материалдар 193:45–51

Чжоу Дж, Ся Б, Тревес ДС, Ву Л-Й, Марш Т.Л., О'Нил Р.В., Палумбо А.В., Тиедже Дж.М (2002) Топырақтағы микробтардың жоғары әртүрлілігіне әсер ететін кеңістіктік және ресурстық факторлар. Appl Environ Microbiol 68:326–334


Топырақтың биологиялық сынақтары


Суретте DGGE гелі әр жолағы әртүрлі топырақ үлгісін көрсетеді.
Әрбір жолақтағы жолақтар топырақ үлгісінен алынған болжамды бактерия түрлерін білдіреді
демек, сол топырақтан "қоғамдық саусақ ізін" шығарады.

DJPR туралы ақпарат алу үшін хабарласыңыз:

&көшіру Виктория штаты (Ауыл шаруашылығы Виктория) 1996 - .

Бұл Victorian Resources Online жұмысы Creative Commons Attribution 4.0 лицензиясы бойынша лицензияланған. Виктория штатын (Agriculture Victoria) автор ретінде несиелеу, өзгертулер енгізілгенін көрсету және басқа лицензия шарттарын сақтау шартымен осы лицензия бойынша жұмысты қайта пайдалана аласыз.

Лицензия үшінші тараптарға тиесілі болуы мүмкін ‘брендинг’ немесе кейбір ‘суреттер мен фотосуреттерге’ қолданылмайды. VRO кері байланыс пішінін пайдаланып кескіндерді пайдалану үшін алдын ала рұқсат алуыңызды сұраймыз. Сұраныс бойынша жоғары сапалы кескіндерге қол жеткізуге болады.


Талқылау

Микробтық метаболизм топырақтағы фенолды аллелохимиялық заттардың ыдырау шамасы мен ұзақтығын және концентрациясын анықтаудың маңызды факторы болып табылады. Бұл зерттеуде біз өсімдіктердің барлық үш түрінің, бамбуктың, қарағайдың және күріштің топырағынан фенолды тиімді ыдыратуға қабілетті микробтарды бөліп алдық, бұл барлық өсімдік топырағының микробтар арқылы фенолдық қосылыстарды ыдырату мүмкіндігі бар екенін көрсетеді. Біздің нәтижелеріміз сонымен қатар топырақ микробтарын мәдени ерітінділерге егу және бамбук топырақтарын тиімді ыдырататынын көрсетті. б-кумарин қышқылы және соған байланысты фенолдар. Бұл микробтарды фенолдардың көп мөлшерімен ластанған топырақтарды ыдырату және қалпына келтіру үшін пайдалануға болады. Біздің алғашқы есептерімізбен салыстырғанда (Ли т.б. 2007) бамбук топырақтарындағы фенолды аллелохимиялық заттардың химиялық тотығуы туралы, онда б-бамбук топырағындағы кумарин қышқылы 0·1 немесе 1% H өңдегенде 32 немесе 37% ыдыраған.2О2 Фентон реагентінің микробтық өңдеуі 70-80% ыдырауын көрсетті. б-кумарин қышқылы (1в-сурет). Дегенмен, микробтардың ыдырауы әлдеқайда ұзағырақ уақытты қажет етеді (30 күн).

Біздің нәтижелеріміз топырақ жағдайлары микробтардың өсуі мен метаболизмі, сондай-ақ топырақ фенолдарының микробтық ыдырауы үшін маңызды фактор болып табылатынын көрсетеді. Топырақтағы барлық төрт изоляттың өсуі мен қызметі негізінен рН, температура және металл иондарының орташа жағдайларына байланысты. Мысалы, екі штамм Ps. шірік 4CD1 және 4CD3 рН 4·0 және 3·0 жағдайында өсе алмады (4а-сурет), бұл біздің аудандағы қышқылданған топырақтардың көпшілігінде жиі кездеседі. R. glutinis 4CD4 30°C жоғары температурада жақсы өсе алмады (4б-сурет), ал барлық үш штамдар Pseudomonas Co 2+ ластанған топырақта өсе алмады (5-сурет). Бұл бамбук топырақтарында фенолдардың жоғары концентрациясының жиналуын түсіндіруі мүмкін. Ps. нитроредуценттер 4CD2 және R. glutinis 4CD4 оқшауланған. Біздің өңірде жиі кездесетін топырақтың қышқылдану мәселесі оның өсуін шектеген болуы мүмкін Ps. нитроредуценттер 4CD2 және 35°C жоғары температураның ұзақ кезеңі өсуін тежеуі мүмкін R. glutinis 4CD4.

Бұл нәтижелер зертханалық немесе бақыланатын жағдайларда (30°C және бастапқы рН 6·0 кезінде) микробтарды егу тиімді түрде ыдырай алатынын көрсетті. б-культуралық ерітінділердегі (1а,б-сурет) және бамбук топырақтарында (1в-сурет) кумарин қышқылын және оның тұқымның өнуіне және өскіннің өсуіне тежеуін кері қайтарыңыз (2 және 3-суреттер). Микробтардың өсуін және топырақтағы фенолдардың ыдырауын жақсарту үшін топыраққа микробтарды егуден гөрі рН және улы металл иондары сияқты топырақ жағдайын өзгерту маңыздырақ болып көрінеді.

Топырақ микробтары арқылы улы ластаушы заттардың ыдырауы, мысалы, 2,4-дихлорофенолдың ыдырауы (Чень) жан-жақты зерттелген. т.б. 1999), 2,4-дихлорфеноксисірке қышқылы (Мишель т.б. 1995), 2,4,6-трихлорфенол (Годой т.б. 1999), 2,4,6-тринитротолуол (Эстев-Нуньез) т.б. 2001), атразин (Радосевич және Туовинен 2004), бензоксазолинон және бензоксазинон (Фомсгаард) т.б. 2004), дихлоро-дифенил-трихлорэтан (ДДТ, Айслаби) т.б. 1997), нафталин (Төлева т.б. 2005), фенантрен (Дао т.б. 2007), полигидроксиалканаттар (Jendrossek және Handrick 2002) және басқа қосылыстар (Healy and Young 1979 әні) т.б. 2000 Маниккам т.б. 2008). Бактериялардың үш түрі анықталды Ps. шірік, Ps. нитроредуценттер және R. glutinis ортада кең таралған микробтар болып табылады және улы органикалық қосылыстарды ыдыратуда және түрлендіруде тиімді екендігі дәлелденді (Хинтереггер т.б. 1992 Дельнери т.б. 1995 Хайнару т.б. 2000 Гонсалес т.б. 2001 квон т.б. 2003 Маргесин т.б. 2004 Qualls 2005 Sampaio т.б. 2007 Жоқ т.б. 2007). Алайда топырақтағы фенолдық аллелохимиялық заттардың микробтармен ыдырауы айтарлықтай зерттелмеген. Үш микроб алдымен бамбук, қарағай және күріш топырағынан оқшауланып, топырақтағы фенолды аллелохимиялық заттарды ыдыратуда тиімді екендігі көрсетілді. Zeng және Mallik (2006) эктомикоризальды түрлер ризосфера химиясын өзгерту арқылы жоғары өсімдіктердегі түрлердің өзара әрекеттесуін басқара алатынын атап өтті. Біздің нәтижелеріміз бұл функцияны топырақ микробтарының көбірек екенін көрсетті.

Циннам қышқылының туындыларын микробтық пайдалану (мысалы, б-кумар және ферул қышқылдары) көп сатылы түрлендірулерді қамтиды және басқа фенолдық қосылыстардың түзілуіне әкеледі, мысалы. б-гидроксибензальдегид, б-гидроксибензой қышқылы және катехол немесе ванилин, ваниль қышқылы және протокачуй қышқылы, хош иісті сақинаның бөлінуіне дейін және одан әрі үшкарбон қышқылы циклінің құрамдас бөліктеріне тотығу (Вентури) т.б. 1998 Приферт т.б. 2001). Микробтар мен өсімдіктердің көптеген түрлерінде бұл процесті субстраттар ретінде бірнеше фенолдарды пайдаланатын кумарат-КоА лигаза немесе ферулоил-КоА синтетаза бастайды. б-кумар, ферул және кофеин қышқылдары. Кумарин немесе ферул қышқылдарын хош иісті сақинаның ыдырауына түрлендіруге жауапты гендердің толық жинағы анықталды. Pseudomonas sp. штамм HR199 ( Priefert т.б. 2001). Бұл түсіндіреді Pseudomonas sp. топырақтан оқшауланған біз пайдалана аламыз б-кумар қышқылы, ферул қышқылы, б-гидроксибензой қышқылы және б-гидроксибензальдегид. Біздің нәтижелер де соны көрсетеді R. glutinis төрт фенолдық қосылысты көміртегінің жалғыз көзі ретінде пайдалана алады, бұл оның фенолдық қосылыстардың ыдырауы үшін ұқсас метаболикалық процестері бар екенін көрсетеді.

Қорытындылай келе, пайдалану тиімділігі жоғары микробтардың төрт штаммы б-кумарин қышқылы алғаш рет бамбук өсетін топырақтан бөлініп алынды (B. Chungii), қарағай (Пи. massoniana) және күріш (O. sativa) бейорганикалық скринингтік ортаны пайдалану арқылы б- көміртегінің жалғыз көзі ретінде кумар қышқылы. Олар анықталды және ретінде белгіленді Ps. шірік 4CD1, Ps. нитроредуценттер 4CD2, Ps. шірік 4CD3 және R. glutinis 4CD4, морфологиялық, биохимиялық және рибосомалық рДНҚ реттілігін талдау арқылы. Төрт штамм тиімді өсіп, ыдырай алады б-1 г l −1 болатын бейорганикалық немесе LB ерітінділеріндегі кумарин қышқылы б- жалғыз немесе кокарбон көзі ретінде кумар қышқылы. Олар сонымен қатар ферул қышқылын тиімді ыдырай алады, б-гидроксибензой қышқылы және б-гидроксибензальдегид. Төрт микробпен емдеу тиімді ыдырауы мүмкін б-кумарин қышқылы және зертханалық жағдайда культура ерітіндісінде және өсімдік топырағында өсімдіктердің тұқым өнуіне және өскін өсуіне оның тежелуін кері қайтарады. Дегенмен, микробтардың көбеюі көбінесе культураның рН, температура және металл иондарына байланысты. Нәтижелер өсімдік культурасының ерітінділерінде және бамбук топырағында фенолдардың жоғары мазмұны қолайлы жағдайларда микробтарды қолдану арқылы тиімді ыдыратылуы мүмкін екенін көрсетті. Бірақ микробтардың өсу ортасын өзгерту қышқыл немесе металл иондарымен ластанған топырақтарда маңызды.


4 Талқылау

Осы топырақ типіндегі микробтық қауымдастықтардағы айырмашылықтарды бағалау үшін бірқатар шаралар қолданылды. Микробтардың жалпы популяциясының өлшемдері ұқсас болды, бірақ қауымдастық құрылымында айырмашылықтар белгілері болды. Бұл құрылымдық айырмашылықтар Biolog™ көмегімен алынған субстратты пайдалану профильдерімен, пластиналар санымен және таңдамалы қаптаумен өлшенген өсірілетін микробтар топтарының санымен және май қышқылдарының топырақтан тікелей экстракциясымен көрсетілген. Шламы жоғары учаскелерден алынған үлгілер тек микробтық қауымдастықтың құрамында ғана емес, сонымен қатар популяция мөлшері мен жалпы биомассада да өзгереді деп күтуге болады [29]. Тұнбамен өңделген T1, T2 және T3 топырақтарында ауыр металдардың концентрациясы DOC артқан сайын артып, ағынды суларды T3-ке қолданудың жоғары жылдамдығын көрсетті, оның органикалық заттары, тиісінше, металдар мөлшері ең жоғары. Жалпы микроскопиялық сандар және өсірілетін гетеротрофты бактериялардың саны T3-де айтарлықтай жоғары болды, бірақ флуоресцентті псевдомонадтардың үлесі төмен болды, бұл қауымдастықтың құрылымындағы айырмашылықты көрсетеді (2-кесте). Бұл ұзақ мерзімді өңдеуге байланысты болуы мүмкін немесе болмауы мүмкін, өйткені шламды қосу басталғанға дейін популяциялардың әртүрлі болуы мүмкіндігін жоққа шығара алмаймыз. Жедел уыттылық биоталдауының индикаторы да псевдомонад болды, ол шалғынды топырақтармен салыстырғанда барлық шламмен өңделген топырақта биолюминесценцияның төмендеуін көрсетті (2-кесте).

Bååth және Arnebrant [7] әк қолданудың топырақтағы бактериялардың тікелей санына әсер етпейтінін анықтады, бірақ рН жоғарылаған сайын агар пластиналарында өскен бактериялардың жалпы бактерия санына қатынасының жоғарылауын байқады. Осылайша, біздің зерттеуіміздегі шламды және шабындық топырақтарды салыстыруға әктастандыру, сонымен қатар шламдағы органикалық көміртегі, металдар мен фосфаттардың жоғарылауы және басқа факторлар әсер етуі мүмкін. Смит және т.б. [30] тікелей есептеуден ешқандай айырмашылықты көрсетпеді, бірақ ластанбаған шабындық топырағымен салыстырғанда 750 кг га -1 қосылған Cu қосылған топырақтардағы изоляттардың әртүрлілігін анықтады.

Жалпы өндірілген FAME бактериялық пластиналар санына ұқсас үрдісті көрсетеді (2-кесте), шламмен өңделген учаскелерде жоғары мәндер бар. FAME үшін қолданылатын әдіс сонымен қатар микробтық емес көздерден және өлі жасушалардан май қышқылдарын шығарады, бірақ бұл жағдайда FAME тірі бактериялық биомассаны көрсететін сияқты. Құрамында көміртегі шамамен екі есе көп және Zn және Cu ең жоғары концентрациясы 1230 және 473 мг кг -1 болатын топырақтарда (1-кесте) FAME өлшенген микробтар қауымдастығына аз әсер еттік. Айырмашылықтар әктеудің әсерінен болуы мүмкін. Frostegård және т.б. [31] әктеу және нәтижесінде рН жоғарылауы топырақтағы PLFA құрамын өзгерткенін көрсетті. Бұл өзгерістің көп бөлігі көміртегінің көбірек болуымен байланысты болды [32]. PFLA өлшенетін өзгерістер топырақтағы металдарға қатысты болған зерттеулер металдардың әлдеқайда жоғары концентрациясы бар топырақтарда көрсетілді [4, 11, 33].

Biolog™ талдауынан алынған Шеннон және Джини әртүрлілік индекстері топырақтар арасында айтарлықтай айырмашылық жоқ екенін көрсетті (2-кесте). However, closer examination of the patterns of carbon substrate utilisation showed that microbial activities in the soil extracts were not identical and so the similarity between the indices is due to retention of the overall community structure, while changes may have occurred in the frequencies of individual species. It was important to consider not just the responses of the soil extracts to individual substrates at any one time, but also to compare growth curves. This highlights the importance of examining information carefully before assuming that an index is providing a true picture of the information.

There has long been an interest in the relationship between community diversity and the stability of communities responding to perturbations, such as toxic challenges. This interest has been sharpened recently by the work of Tilman [ 9] on plant communities confirming that biodiversity stabilises community and ecosystem processes, but not population processes (i.e. individual populations are less stable). In our study, the response of bacterial communities to sewage sludge in soils was considered, investigating the taxonomic (FAMEs) and catabolic (Biolog™) diversity alongside the total and viable bacterial numbers. Our results indicate that diversity was relatively stable, while individual species and functions underwent limited fluctuations, such as the decline in fluorescent pseudomonads and different carbon substrate utilisation patterns. The addition of sewage sludge with its associated land-management practices may have influenced the numbers of micro-organisms, and their catabolic and taxonomic profiles, but it is difficult to identify the most relevant comparisons to make when undertaking this type of field monitoring. There were no unlimed sludged sites available, and the grassland sites chosen had completely different management. A controlled long-term experiment would need to be set up to look at changes due specifically to the treatments. Nevertheless, it is interesting that the two grassland sites did not show great differences when compared with the sludged sites. However, the considerable spatial variability at the site, in terms of soil C and metals, means that the samples cannot be viewed strictly as with and without sludge. Variability in some soil properties ( Table 1) was as great within the treated arable and untreated grassland areas as it was between them.

This work highlights the need for integrated approaches when looking at microbial population structures in any soils, whether they are under different management or perturbed in some way. A number of different techniques, both biological and chemical, are needed when monitoring soils for impacts of land management practices on microbial communities. Our comparison of similar soil types with different managements showed no great impact on the microbial populations by all the techniques tested. However, it also indicated that there were differences in specific microbial parameters and populations and that it is necessary to use a number of different techniques including acute assays and measures of community diversity and function. The results do indicate that fluorescent pseudomonads are particularly sensitive indicators of soil perturbations that affect microbial communities.


8.3: Introduction to Bacterial Identification using Genotypic methods

Throughout this semester, we have learned about many methods to characterize and identify bacteria. These methods include characterizing cell shape (cellular morphology), identifying Gram status or specialized cellular features through staining, growth requirements (oxygen, pH, temperature, etc), appearance of colonies (colony morphology), and through biochemical reactions (enterotubes, selective and/or differential media types, etc.). All of these are primarily Phenotypic methods of analysis and characterization, that is, the results are a product of the өрнек of their genes.

Cellular morphology: cell shape--through microscopy

Staining characteristics: Gram status, cell structures such as flagella, endospores---microscopy

Growth characteristics: culturing requirements such as oxygen, osmotic pressure, temperature, colony morphology----culturing techniques

Genotypic methods

The last method used for the identification of bacteria is Генетикалық талдау through the use of nucleic acid probes or other molecular techniques.

The application of molecular techniques for detecting and identifying pathogens is widely used. In particular, in surveillance studies these methods provide reliable epidemiological data for tracing the source of human infections, such as a foodborne illness outbreak. A wide range of molecular techniques (including pulsed field gel electrophoresis, multilocus sequence typing, random amplified polymorphism deoxyribonucleic acid, repetitive extragenic palindromic, deoxyribonucleic acid sequencing, multiplex polymerase chain reaction and many more) have been used for detecting, speciating, typing, classifying and/or characterizing pathogens of great significance to humans.

The advent of the &ldquomolecular biology age&rdquo has provided a plethora of tools and techniques for the detection, identification, characterization, and typing of bacteria for a range of clinical and research purposes. Previously, the identification and characterization of bacterial species was largely done by phenotypic and biochemical methods (such as through selective/differential media and biochemical tests that we have discussed in the last 2 modules), which relied on preliminary isolation and culture.

While these methods continue to hold place in certain settings, molecular-based techniques have provided unprecedented insights into bacterial identification and typing. To name a few examples, genotypic methods have enabled the identification of a large diversity of previously unknown taxa, the characterization of uncultivable bacteria, and facilitated metagenomics studies on large and diverse bacterial communities. Both clinical and research setting have provided in depth insights into bacterial virulence, pathogenesis, antibiotic resistance, and epidemiological typing, as well as identification of novel, emerging, and re-emerging species. In addition, the widespread use and availability of molecular tools for bacterial genotyping has resulted in high throughput analysis, more sensitive and discriminatory results, and rapid turn-around-times, which are only likely to get better with automated tools and data analysis pipelines.

Most molecular methods for bacterial identification are based on some variation of DNA analysis, either amplification or sequencing based. These methods range from relatively simple DNA amplification-based approaches (PCR, real-time PCR, RAPD-PCR) towards more complex methods based on restriction fragment analysis, targeted gene and whole-genome sequencing, and mass spectrometry. In addition to this, approaches based on unique protein signatures such as matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF-MS) and similar variations have also been explored.

Polymerase Chain Reaction

Many of these molecular techniques utilize the polymerase chain reaction or PCR. A technique you have probably heard of in other classes. Polymerase chain reaction (PCR) enables researchers to produce millions of copies of a specific DNA sequence in approximately two hours. This automated process bypasses the need to use bacteria for amplifying DNA. During the course of a bacterial infection, the rapid identification of the causative agent(s) is necessary for the determination of effective treatment options, thus molecular methods such as PCR is a popular option due to its speed. You may already know that for detection of the SARS-CoV2 virus, RT-PCR is widely used.

PCR allows DNA amplification so that specific segments of DNA can be copied numerous times, and then separated and analyzed by gel electrophoresis. The presence of a specific fragment of amplified DNA can be used to either identify an organisms or a particular characteristic such as antibiotic resistance. We often use the 16S rRNA gene for bacterial identification purposes because it is present in all bacteria, it is highly conserved sequences (large regions of nucleotide similarity) which are interspersed with variable regions that are genus- or species-specific. Bacteria can be identified by nucleotide sequence analysis of the 16S rRNA PCR product and comparing it to a database with known sequences.


1-сурет: Schematic PCR primers binding to the 16S rRNA gene for amplification from a bacterial chromosome.

In a PCR reaction, the is a series of steps that occur. Usually the dsDNA is denatured to ssDNA. At 55-58degC, a pair of synthesized oligonucleotide primers anneal to the ssDNA that flank the sequence of interest. At 72degC, a thermostable DNA polymerase will replicate the ssDNA to dsDNA sequences. The cycle repeats itself 20-40x to amplify the DNA.

Figure 2: PCR reaction. Image by Erica Suchman, Colorado State University, Ft. Collins, CO.


Beyond denitrification: The role of microbial diversity in controlling nitrous oxide reduction and soil nitrous oxide emissions

Center for Environmental Biotechnology, Department of Microbiology, Department of Civil and Environmental Engineering, Department of Biosystems Engineering and Soil Science, University of Tennessee, Knoxville, TN, USA

Biosciences Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN, USA

School of Civil and Environmental Engineering and School of Biological Sciences, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, USA

Departments of Plant Biology and Geology, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, USA

Wendy H. Yang, Mailing Address: 286 Morrill Hall, 505 South Goodwin Ave, Urbana, IL 61801, USA.

State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Changshu National Agro-Ecosystem Observation and Research Station, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing, China

Department of Geology, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, USA

Global Change and Photosynthesis Research Unit, United States Department of Agriculture – Agricultural Research Station,, Urbana, IL, USA

Program in Ecology, Evolution, and Conservation Biology, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, USA

Center for Environmental Biotechnology, Department of Microbiology, Department of Civil and Environmental Engineering, Department of Biosystems Engineering and Soil Science, University of Tennessee, Knoxville, TN, USA

Biosciences Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN, USA

School of Civil and Environmental Engineering and School of Biological Sciences, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, USA

Departments of Plant Biology and Geology, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, USA

Wendy H. Yang, Mailing Address: 286 Morrill Hall, 505 South Goodwin Ave, Urbana, IL 61801, USA.

Аннотация

Many biotic and abiotic processes contribute to nitrous oxide (N2O) production in the biosphere, but N2O consumption in the environment has heretofore been attributed primarily to canonical denitrifying microorganisms. The nosZ genes encoding the N2O reductase enzyme, NosZ, responsible for N2O reduction to dinitrogen are now known to include two distinct groups: the well-studied Clade I which denitrifiers typically possess, and the novel Clade II possessed by diverse groups of microorganisms, most of which are non-denitrifiers. Clade II N2O reducers could play an important, previously unrecognized role in controlling N2O emissions for several reasons, including: (1) the consumption of N2O produced by processes other than denitrification, (2) hypothesized non-respiratory functions of NosZ as an electron sink or for N2O detoxification, (3) possible differing enzyme kinetics of Clade II NosZ compared to Clade I NosZ, and (4) greater nosZ gene abundance for Clade II compared to Clade I in soils of many ecosystems. Despite the potential ecological significance of Clade II NosZ, a census of 800 peer-reviewed original research articles discussing nosZ and published from 2013 to 2019 showed that the percentage of articles evaluating or mentioning Clade II nosZ increased from 5% in 2013 to only 22% in 2019. The census revealed that the slowly spreading awareness of Clade II nosZ may result in part from disciplinary silos, with the percentage of nosZ articles mentioning Clade II nosZ ranging from 0% in Agriculture and Agronomy journals to 32% in Multidisciplinary Sciences journals. In addition, inconsistent nomenclature for Clade I nosZ and Clade II nosZ, with 17 different terminologies used in the literature, may have created confusion about the two distinct groups of N2O reducers. We provide recommendations to accelerate advances in understanding the role of the diversity of N2O reducers in regulating soil N2O emissions.


Abd-Alla, M. H., El-Sayed, E. S. A., and Rasmey, A. H. M. (2013). Biosynthesis of L-glutaminase by Streptomyces variabilis ASU319 isolated from rhizosphere of triticum vulgaris. Университет. J. Микробиол. Res. 1, 27�. doi: 10.13189/ujmr.2013.010301

Abd-Alla, M. H., Rasmey, A. H. M., El-Sayed, E. S. A., El-Kady, I. A., and Yassin, I. M. (2016). Biosynthesis of anti-inflammatory immunosuppressive metabolite by Streptomyces variabilis ASU319. Еуро. Дж.Биол. Res. 6, 152�. Available online at: http://www.journals.tmkarpinski.com/index.php/ejbr/article/view/455

Aoyagi, T., Hatsu, M., Kojima, F., Hayashi, C., Hamada, M., and Takeuchi, T. (1992). Benarthin: a new inhibitor of pyroglutamyl peptidase. i taxonomy, fermentation isolation and biological activities. J. Antibiot. 45, 1079�. doi: 10.7164/antibiotics.45.1079

Arishima, M., Sakamoto, J., and Sato, T. (1956). An antibiotic Стрептомицестер no. 689 strain. I. Taxonomic studies. Nippon Nogei Kagaku Kaishi 30, 469�. doi: 10.1271/nogeikagaku1924.30.8_469

Berdy, J. (2005). Bioactive microbial metabolites, a personal view. J. Antibiot. 58, 1�. doi: 10.1038/ja.2005.1

Brockmann, H., and Musso, H. (1954). Antibiotics from actinomycetes. XXIX. Geomycin 2. Химия. Ber. 87, 1779�. doi: 10.1002/cber.19540871128

Cho, H., Beale, J. M., Graff, C., Mocek, U., Nakagawa, A., Omura, S., et al. (1993). Studies on the biosynthesis of the antibiotic reductiomycin in Streptomyces xanthochromogenus. Дж. Ам. Химия. Сок. 115, 12296�. doi: 10.1021/ja00079a009

Griffiths, P. J. F., and Ellis, G. P. (1972). Benzopyrones—VI1: the ultraviolet absorption spectra of chromone and 2-substituted chromones. Spectrochim. Acta A Mol. Spectros. 28, 707�. doi: 10.1016/0584-8539(72)80039-4

Hayakawa, M. (2008). Studies on the isolation and distribution of rare actinomycetes in soil. Actinomycetologica 22, 12�. doi: 10.3209/saj.SAJ220103

Hayakawa, M., Sadakata, T., Kajiura, T., and Nonomura, H. (1991). New methods for the highly selective isolation of Micromonospora and Microbispora from soil. J. Fermen. Биоанг. 72, 320�. doi: 10.1016/0922-338X(91)90080-Z

Hazato, T., Naganawa, H., Kumagai, M., Aoyagi, T., and Umezawa, H. (1979). Beta-Galactosidase-inhibiting new isoflavonoids produced by actinomycetes. J. Antibiot. 32, 217�. doi: 10.7164/antibiotics.32.217

Holt, J. G., Krieg, N. R., Sneath, P. H. A., Staley, J. T., and Williams, S. T. (1994). Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, 9th Edn. Baltimore, MD Philadelphia Hong Kong London Munch Sydney Tokyo: William and Wilkins.

Hopwood, D. A., and Wright, H. M. (1973). A plasmid of Стрептомицестер coelicolor carrying a chromosomal locus and its inter-specific transfer. J. Gen. Microbiol. 79, 331�. doi: 10.1099/00221287-79-2-331

Kang, M. J., Strap, J. L., and Crawford, D. L. (2010). Isolation and characterization of potent antifungal strains of the Стрептомицестер violaceusniger clade active against Candida albicans. J. Ind. Microbiol. Биотехнология. 37, 35�. doi: 10.1007/s10295-009-0641-9

Kekuda, P. T. R., Onkarappa, R., and Jayanna, N. D. (2014). Characterization and antibacterial activity of a glycoside antibiotic from Streptomyces variabilis PO-178. Ғылым. Техн. Arts Res. Дж. 3, 116�. doi: 10.4314/star.v3i4.17

Kim, C., Lee, K., Kwon, O., Park, D., and Shimazu, A. (1995). Isolation of rare actinomycetes on various types of soil. Kor. J. Appl. Микробиол. Биотехнология. 23, 36�.

Kim, C., Lee, K., Kwon, O., Yoo, I., and Shimazu, A. (1994). Selective isolation of actinomycetes by physical pretreatment of soil sample. Kor. J. Appl. Микробиол. Биотехнология. 22, 222�.

Kurtböke, D. I., Chen, C. F., and Williams, S. T. (1992). Use of polyvalent phage for reduction of streptomycetes on soil dilution plates. J. Appl. Bacteriol. 72, 103�. doi: 10.1111/j.1365-2672.1992.tb01810.x

Madigan, M. T., Martiko, J. M., and Parker, J. (1997). 𠇊ntibiotics: isolation and characterization,” in Brock Biology of Microorganisms, 8th Edn., ed M. T. Madigan (New Jersey: Prentice-Hall International Inc.), 440�.

Marques, D. A. V., Santos-Ebinuma, V. D. C., de Oliveira, P. M. S., de Souza Lima, G. M., Araújo, J. M., Lima-Filho, J. L., et al. (2014). Screening of wild type Стрептомицестер isolates able to overproduce clavulanic acid. Braz. J. Микробиол. 45, 919�. doi: 10.1590/S1517-83822014000300022

Ohba, K., Nakayama, H., Furihata, K., Shimazu, A., Endo, T., Seto, H., et al. (1987). Nitropeptin, a new dipeptide antibiotic possessing a nitro group. J. Antibiot. 40, 709�.

Okami, Y., and Hotta, K. (1988). “Search and discovery of new antibiotics,” in Actinomycetes in Biotechnology, eds M. Goodfellow, S. T. Williams, and M. Mordarski (London: Academic Press), 37�.

Onda, M., Konda, Y., Hinotozawa, K., and Omura, S. (1982). The alkaloid AM-6201 from Стрептомицестер xanthochromogenus. Химия. Pharmaceut. Бұқа. 30, 1210�. doi: 10.1248/cpb.30.1210

Otake, N., Seto, H., Nakayama, H., Endo, T., Oba, K., Iwata, M., et al. (1988). Antibiotic 6257 manufacture with Streptomyces for Pyricularia oryzae infection control in rice. Jpn. Kokai Tokkyo Koho. JP 63126495 (Accessed May 30, 1988).

Praveen, V., Tripathi, D., Tripathi, C. K. M., and Bihari, V. (2008). Nutritional regulation of actinomycin-D production by a new isolate of Стрептомицестер sindenensis using statistical methods. Indian J. Exp. Биол. 46, 138�.

Ramalingam, V., and Rajaram, R. (2016). Antioxidant activity of 1-hydroxy-1-norresistomycin derived from Streptomyces variabilis KP149559 and evaluation of its toxicity against zebra fish Данио Рерио. RSC Adv. 6, 16615�. doi: 10.1039/C5RA22558B

Shibamoto, N., Terasawa, T., Okamoto, R., Shin, T., and Murao, S. (1993). Novel postproline endopeptidase and its manufacture with Streptomyces species. Jpn. Kokai Tokkyo Koho. Patent No. JP 05244947, Indexing: Fermentation and Bioindustrial Chemistry (Section 16-4).

Shirling, E. B., and Gottlieb, D. (1966). Methods for characterization of Стрептомицестер sp. Int. J. Сист. Bacteriol. 16, 313�. doi: 10.1099/00207713-16-3-313

Singh, V., and Tripathi, C. K. M. (2011). Olivanic acid production in fed batch cultivation by Streptomyces olivaceus MTCC 6820. Res. J. Pharmaceut. Биол. Химия. Ғылым. 2, 726�.

Singh, V., Praveen, V., Banga, J., and Tripathi, C. K. M. (2009). Antimicrobial activities of microbial strains isolated from soil of stressed ecological niches of Eastern Uttar Pradesh, India. Indian J. Exp. Биол. 47, 298�.

Takahashi, Y., and Omura, S. (2003). Isolation of new actinomycete strains for the screening of new bioactive compounds. J. Gen. Appl. Микробиол. 49, 141�. doi: 10.2323/jgam.49.141

Tanaka, Y., and Omura, S. (1990). Metabolism and products of actinomycetes. An introduction. Actinomycetolgica 4, 13�. doi: 10.3209/saj.4_13

Williams, S. T., Goodfellow, M., and Alderson, G. (1989). �rgey's manual of systematic bacteriology,” in Genus Streptomyces Waksman and Henrici 1943, 339AL, Vol. 4, eds S. T. Williams, M. E. Sharpe, and J. G. Holt (Baltimore, MD: Williams and Wilkins), 2452�

Wu, R. Y. (1984). Studies on the Streptomyces SC4. II Taxonomic and biological characteristics of Streptomyces strain SC4. Бот. Бұқа. Акад. Күнә. 25, 111�.

Zhang, L., Zhang, J., Yang, W., and Bai, G. (2008). Classification of Streptomyces strain Z314 and purification of its product pravastatin. Wei Sheng Wu Xue Bao 48, 33�.

Keywords: antibiotic production, antimicrobial activity, Стрептомицестер sp., chromone antibiotics, non-polyenes

Citation: Singh V, Haque S, Singh H, Verma J, Vibha K, Singh R, Jawed A and Tripathi CKM (2016) Isolation, Screening, and Identification of Novel Isolates of Actinomycetes from India for Antimicrobial Applications. Алдыңғы. Микробиол. 7:1921. doi: 10.3389/fmicb.2016.01921

Received: 09 July 2016 Accepted: 15 November 2016
Published: 06 December 2016.

Vijai Kumar Gupta, National University of Ireland, Ireland

Alok Kumar Pandey, International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology, India
Praveen Chandra Verma, Council of Scientific and Industrial Research-National Botanical Research Institute, India

Copyright © 2016 Singh, Haque, Singh, Verma, Vibha, Singh, Jawed and Tripathi. Бұл Creative Commons Attribution License (CC BY) шарттары бойынша таратылатын ашық қолжетімді мақала. Басқа форумдарда қолдануға, таратуға немесе көшіруге рұқсат етіледі, егер түпнұсқа автор(лар) немесе лицензиар тіркелсе және осы журналдағы түпнұсқа жарияланым қабылданған академиялық тәжірибеге сәйкес сілтеме жасалса. Осы шарттарға сәйкес келмейтін пайдалануға, таратуға немесе көбейтуге рұқсат етілмейді.