摘要:

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摘要:基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱（matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry，MALDI-TOF MS）是一种新兴的高通量技术，已广泛应用于临床微生物、食品微生物和水产微生物的快速鉴定。如何进一步提高MALDI-TOF MS在微生物鉴定中的分辨率是该技术当前面临的一大挑战。为了高效处理大量高维微生物MALDI-TOF MS数据，各种机器学习算法得到了应用。本文综述了机器学习在微生物MALDI-TOF MS鉴定中的应用。首先，本文在介绍机器学习在微生物MALDI-TOF MS分类中的工作流程后，进一步对MALDI-TOF MS的数据特征、MALDI-TOF MS数据库、数据的预处理和模型的性能评估进行了描述。然后讨论了典型的机器学习分类算法和集成学习算法的应用。简单的机器学习算法很难满足微生物MALDI-TOF MS分类的高分辨率的需求，而组合不同机器学习算法和集成学习算法可以获得更好的微生物分类性能。在MALDI-TOF MS数据的预处理方面，小波算法和遗传算法的应用最广，它们结合分类算法可以有效提高MALDI-TOF MS的分类性能。随着微生物MALDI-TOF MS数据量的不断增加，在未来的研究工作中应更重视分类算法的改进、不同算法的选择或组合以及预处理算法的改进。

摘要:肠道微生物在平衡健康与疾病的过程中起着重要作用。嗜粘蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）是肠道微生物中的一种，其在降解肠道粘蛋白方面的特性使其成为肠腔与宿主细胞黏膜界面的关键生物。嗜粘蛋白阿克曼菌与肥胖、糖尿病、心血管代谢疾病和低度炎症呈负相关。口服嗜粘蛋白阿克曼菌可改善小鼠代谢疾病的相关症状，嗜粘蛋白阿克曼菌有望成为治疗2型糖尿病和肥胖的候选药物。本综述通过总结现有关于嗜粘蛋白阿克曼菌在糖尿病和肥胖症中发挥作用的研究，指出嗜粘蛋白阿克曼菌调节宿主和肠道微生物群之间相互作用可能存在的机制，为嗜粘蛋白阿克曼菌的进一步研究和糖尿病的新药研发提供思路。

摘要:阿米巴是原生动物的主要类群，是陆地和水生生态系统的关键组成部分。阿米巴与细菌之间有着密切而复杂的相互作用。一方面，阿米巴通过捕食直接影响细菌群落与多样性，增强细菌活性。另一方面，细菌也进化出抵抗捕食的机制来抵抗甚至感染阿米巴，反向影响阿米巴的生长和多样性。近年来，阿米巴-细菌互作的研究开始受到了广泛关注。本文总结了阿米巴-细菌互作的进化历史、生态关系（捕食、偏利共生、寄生和互利共生）以及其对环境的潜在影响，旨在更好地理解阿米巴-细菌互作这一研究领域，为其他原生动物-微生物之间的研究提供新的思路，也为探究宿主-微生物互作的机制提供参考。

摘要:[目的]研究34株不同来源罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）基因多样性及生境适应性机制，了解该菌株在肠外生境及肠内生境中适应性的异同，为L.reuteri优良菌株的开发提供理论基础。[方法]基于二代测序平台对11株源于发酵食品（酸马奶、酸粥）的L.reuteri进行测序，并应用比较基因组学将其与发酵食品、酸面团、食草动物L.reuteri分离株基因组进行比较分析。[结果]分离自酸马奶、酸粥L.reuteri基因组大小平均为2.14 Mb，GC含量平均为38.77%，且同种来源分离株系统发育关系距离较近。泛-核心基因集分别包含7242个、969个基因家族，其中酸马奶分离株特异性基因最多为459个。功能注释结果显示不同来源菌株碳水化合物、氨基酸相关基因数量及种类差异较大，仅在发酵食品和食草动物株中发现抗生素耐药性基因。注释到的碳水化合物活性酶中仅出现在发酵食品与食草动物分离株的为GH3（β-葡萄糖苷酶等）和GH43（β-木糖苷酶等），特有的分别为AA3（纤维二糖脱氢酶等）和GH66（葡萄糖转移酶等）。[结论]不同来源L.reuteri具有广泛的基因多样性，与生存环境密切相关。发酵食品分离株具有部分食草动物肠道菌株特性且具有其独特的环境适应性特征，体现了与宿主有关的环境适应能力，可加深对食品发酵和肠内环境中细菌生境适应性的理解。

摘要:[目的]筛选和鉴定产ε-多聚赖氨酸（ε-polylysine，ε-PL）的放线菌菌株，测定所产ε-PL的结构和聚合度，研究其抑制微生物生长的效果。[方法]利用亚甲基蓝和ε-PL因静电排斥而形成透明圈原理筛选ε-PL产生菌，采用Itzhaki方法复筛。考察分离菌株的形态、生理生化特征和16S rRNA基因、gyrB基因序列的同源性鉴定菌种。结合其波谱特征对其所产ε-PL进行结构和聚合度鉴定。采用抑菌圈法考察所产ε-PL对7株指示菌的抑菌活性。[结果]获得3株能够产生ε-PL的放线菌，其中X-18的ε-PL产量最高，达到0.8 g/L，综合形态、生理和分子生物学分析结果，鉴定为白色链霉菌（Streptomyces albulus）。根据波谱学特征，并与标准品比对，证实该ε-PL分子聚合度为25-30，抑菌实验结果显示，它对细菌的抑菌效果明显好于真菌。[结论]从土壤中分离到1株抑菌效果较好的ε-PL产生菌S.albulus X-18，丰富了ε-PL产生菌资源。

摘要:[目的]采用特征次级代谢产物生物合成的保守功能基因探针，定向分离土壤中产生特征次级代谢产物的菌种资源，借助基因转录分析为导向的培养基优化方法，获得目标次生代谢产物。[方法]首先，根据5种特征次级代谢产物保守的合成功能基因设计简并引物，定向从土壤样品中筛选、分离并纯化菌株。然后，以RT-qPCR为指导开展目标产物的发酵培养基优化；最后，对菌株进行发酵，利用多种色谱技术分离纯化目标天然产物，并结合高分辨质谱与核磁共振等技术对所获得的化合物进行结构鉴定。[结果]从土壤中筛选得到了一株AHBA合酶基因和环氧化酶基因均为阳性的链霉菌菌株（编号为CQ01819），根据转录分析优化发酵培养基，最终从该菌株分离纯化得到了含有AHBA结构单元的丝裂霉素C、聚醚类抗生素莫能霉素A和缬吲霉素。[结论]本研究通过菌株的定向分离纯化，筛选得到了产生预期抗生素的浅紫灰链霉菌菌株CQ01819；基于RT-qPCR指导的发酵培养基优化，确定了菌株的发酵条件；获得发酵粗提物后，采用多种色谱整合技术和光谱分析策略，快速分离并鉴定了目标产物。该研究为目标菌种资源的定向筛选、菌株的发酵条件的快速优化和化合物的定向分离提供了较好的参考。

摘要:[目的]近年来由于在发酵方面的良好特性，低聚木糖的益生作用越来越得到公众的关注。研究发现相比于葡萄糖和木糖Weissella confusa XU1在以低聚木糖为唯一碳源时生长情况最好。本文将对Weissella confusa XU1中低聚木糖的代谢机制进行研究。[方法]本研究分别以葡萄糖、木糖和低聚木糖作为唯一碳源对Weissella confusa XU1进行转录组测序并进行比较分析。[结果]通过转录组分析发现以低聚木糖为唯一碳源的处理中部分编码MFS转运蛋白和糖基水解酶的基因转录水平显著上升，Weissella confusa XU1中的糖酵解过程和磷酸戊糖途径也得到显著增强。[结论]本研究根据转录组数据分析得出Weissella confusa XU1中的低聚木糖代谢机制。本研究首次在革兰氏阳性菌中发现MFS转运蛋白参与到低聚木糖转运的过程，为提高微生物对木聚糖利用效率进行分子改造提供了改造方向，该机制为低聚木糖代谢的研究和Weissella的工业化应用提供了新的思路。

摘要:[目的]嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）是发酵乳制品的基础发酵菌种之一，全基因组水平解析嗜热链球菌的遗传多样性和工业发酵特性对于优良发酵菌株的筛选意义重大。[方法]本研究通过比较基因组学方法对27株嗜热链球菌的遗传多样性和防御系统进行分析。[结果]全基因组分析结果显示嗜热链球菌群体内具有较高的遗传多样性；基于核心基因集构建的系统发育树划分为2个分支，其中分支2菌株缺乏完整的组氨酸合成途径，经验证，分支2菌株在缺乏组氨酸的培养基中不能正常生长。通过对嗜热链球菌不同菌株的防御系统进行分析发现，同类型的CRISPR基因座和限制修饰系统在基因组中出现的位置相对固定。CRISPR-Cas系统（P<0.05，r=0.43）和限制修饰系统（P<0.01，r=-0.59）的数量与编码转座酶基因的数量均显著相关，表明嗜热链球菌为了阻止外源DNA入侵会进化出多种防御系统来保护自身遗传完整性。此外，分支1菌株的CRISPR-Cas系统数量极显著（P<0.001）多于分支2，而限制修饰系统无显著差异，表明分支1菌株在噬菌体抗性方面可能更具优势。[结论]本研究基于核心基因构建的系统发育分析将27株嗜热链球菌分为2个分支，不同分支菌株在组氨酸代谢能力和防御系统方面有一定差异。该研究结果为今后快速筛选优良嗜热链球菌发酵剂提供了新思路。

摘要:[目的]揭示五大连池火山区的细菌多样性。[方法]运用Illumina Miseq高通量测序技术解析五大连池不同火山喷发沉积物中细菌的群落组成和分布规律。[结果]五大连池火山区沉积物中的细菌主要包含厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、疣微菌门（Verrucomicrobia）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteria）等23个细菌门类，其中，厚壁菌门、变形菌门丰度较高，芽孢杆菌属（Bacillus）为绝对优势菌群。另外，由于火山物质的同源性，导致各沉积物中细菌的代谢通路多与C、N、S、Fe等元素的生化循环相关，群落结构及功能具有一定程度的相似性。但由于各研究区域在沉积组分、环境因素及地质演化进程上的差异，致使芽孢杆菌属、地杆菌属（Geobacter）、酸杆菌属（Acidobacterium）、嘉利翁氏菌属（Gallionella）、Blastocatella等部分种群在不同火山沉积物中呈现差异化分布，具有典型的地域适应特性。[结论]五大连池火山沉积物中含有较为丰富的细菌资源，为今后挖掘功能性种质及进一步探讨微生物群落与火山环境之间的关系提供基础数据。

摘要:[目的]为了获得高产木素过氧化物酶酿酒酵母工程菌。[方法]本研究从黄孢原毛平革菌中克隆了木素过氧化物酶（lignin peroxidases，LiP）基因，全长2193 bp，编码371个氨基酸，并与来源于酿酒酵母的PGK启动子序列、来源于pPIC9K质粒的α-信号肽序列以及来源于pSH65质粒的CYC1终止子序列通过重叠延伸PCR构建完整表达盒（PαLiC），利用rDNA整合法构建木素过氧化物酶酿酒酵母表达载体，实现木素过氧化物酶在酿酒酵母中的多拷贝表达。利用数字微滴PCR技术对拷贝数进行鉴定，探究拷贝数与蛋白表达量之间的关系。[结果]通过rDNA整合法得到拷贝数为1、2、4、5、6、7、8、9、10、11、12和13的木素过氧化物酶酿酒酵母工程菌，通过对其酶活测定，表明当拷贝数为7时，酶活力最高，为367 U/L。[结论]本研究在酿酒酵母中表达了木素过氧化物酶，研究了其基因拷贝数与酶活性的关系，对木质素降解技术的发展具有重要意义。

摘要:[目的]通过研究粪便样本的微生物特点间接探讨猪链球菌2型感染BALB/c小鼠后肠道微生物的变化。[方法]本研究采用Illumina MiSeq测序技术，测定了健康小鼠和猪链球菌2型感染小鼠粪便中微生物16S rRNA V3-V4区序列，并对群落结构和多样性进行了比较分析。[结果]多样性分析表明，感染组和对照组小鼠的粪便中微生物多样性和群落组成均不相同，存在较大的差异，感染组展示了较高的物种丰度和种群差异性。在门水平上，相对于对照组，感染组增加厚壁菌门和拟杆菌门等有益微生物比例，以提高机体免疫力，但也同时增加了变形杆菌等条件致病菌的比例，增加了疾病发生的可能性。在科水平上，感染组和对照组优势菌均含有瘤胃菌科，但其所占细菌总序列的比例存在较大的差异，分别占感染组和对照组细菌总序列的36.58%和11.02%。在属水平上，感染组和对照组的优势菌属类别及占总微生物比例存在显著的差异。感染组主要以瘤胃菌科UCG-002和乳酸杆菌属为优势菌属，对照组以螺旋体科GWE2-31-10和密螺旋体属2为优势菌属。综上，BALB/c小鼠感染猪链球菌2型后存在肠道微生态失调。[结论]通过本研究，不仅对猪链球菌2型感染后小鼠的粪便微生物多样性和组成种类有了一定的认识，而且为今后筛选有益微生物、通过调整微生物治疗猪链球菌2型感染提供了依据。

摘要:[目的]开发优质的产香大型真菌资源，丰富挥发性香味成分的获取途径。[方法]本文通过传统形态分类学和分子生物学相结合的方法对采自泰国北部的野生产香大型真菌及其菌株进行鉴定。利用液体发酵、HP20大孔树脂固相萃取和气相色谱-质谱联用（GC-MS）等方法分析发酵液中的挥发性物质。同时筛选了对该真菌液体培养的最佳碳源、氮源及无机盐离子条件。[结果]该真菌经鉴定为茉莉小皮伞Marasmius jasminodorus，分析发现其主要香味组分及对应的峰面积百分比分别为芳樟醇（33.11%）、5-羟甲基糠醛（4.64%）、4-甲基-5-（β羟乙基）噻唑（4.55%）、甲基麦芽酚（4.49%）、糠醇（4.46%）、桃醛（2.20%）、羟基丙酮（2.18%）等。同时该菌的最优培养液配方中最佳碳源、氮源及无机盐离子为麦芽糖、酵母粉和KH₂PO₄。[结论]本研究表明该大型真菌能够产生多种在现有工业生产中广泛应用的挥发性香味成分，如芳樟醇等，所以其在天然香精香料生产中具有较好的潜在应用前景。

摘要:芽胞杆菌是目前植物病害生物防治研究最多的一类微生物，其在自然界中分布广泛，开发潜力大。[目的]为了探究从杏树根际土壤分离的芽胞杆菌BJ-6的分类地位及其防病促生作用。[方法]本研究测定了芽胞杆菌BJ-6的形态和生理生化特征，通过PCR扩增了该菌的16S rRNA、gyrA和gyrB基因并进行了序列测定，通过多基因聚类分析确定其分类地位，平板对峙法测定抗菌谱，盆栽幼苗实验验证其对甜瓜细菌性果斑病的防治效果和对甜瓜的促生作用。[结果]结合形态特征、生理生化特性及多基因序列分析建立的系统进化树，确定菌株BJ-6为解淀粉芽胞杆菌（B.amyloliquefaciens），抑菌实验发现该菌株对15种植物病原菌均有不同程度的抑菌活性，盆栽实验结果发现该菌株发酵液对甜瓜细菌性果斑病有很好的防治效果，并对甜瓜苗有很好的促生作用。[结论]BJ-6属于解淀粉芽胞杆菌，抑菌谱广，且具有防病促生作用，具有进一步开发为生防制剂的前景。

摘要:[目的]蜜蜂球囊菌（Ascosphaera apis，简称球囊菌）是专性侵染蜜蜂幼虫的致死性真菌病原。MicroRNA（miRNA）作为一类重要的基因表达调控因子，能够广泛参与真菌及其宿主的相互作用过程。本研究通过比较分析球囊菌孢子（AaCK）和侵染中华蜜蜂（Apis cerana cerana，简称中蜂）6日龄幼虫肠道内的球囊菌（AaT）的small RNA（sRNA）组学数据对球囊菌的差异表达miRNA（differentially expressed miRNA，DEmiRNA）、靶mRNA及二者间的调控网络进行全面解析，旨在揭示miRNA介导的球囊菌对中蜂幼虫的侵染机制。[方法]对于球囊菌侵染的中蜂6日龄幼虫肠道的small RNA-seq（sRNA-seq）数据，利用BLAST工具连续比对东方蜜蜂（Apis cerana）和球囊菌的参考基因组筛滤得到AaT的sRNA组学数据。分别将AaCK和AaT的sRNA组学数据比对miRBase数据库，对球囊菌侵染宿主前后miRNA的数量和结构特征进行分析。联用RNAhybrid+svm_light、Miranda和TargetScan软件预测AaCK vs AaT比较组中DEmiRNA的靶mRNA，进而利用相关生物信息学软件对上述靶mRNA进行GO分类和KEGG代谢通路富集分析。通过Cytoscape软件对DEmiRNA-mRNA调控网络进行可视化。利用Stem-loop RT-PCR、RT-qPCR和分子克隆验证测序结果的可靠性。[结果]在AaCK和AaT中分别鉴定到380和387个miRNA。结构特征分析结果显示，AaCK和AaT的miRNA皆集中分布在18-25 nt，且首位碱基主要偏向于U。AaCK vs AaT比较组共有270个DEmiRNA，包含155个上调miRNA和115个下调miRNA，分别靶向结合6091和6145个mRNA。GO分类结果显示，上述靶mRNA主要涉及代谢进程、细胞进程、应激反应等15个生物学进程；细胞、细胞组分、细胞器等12个细胞组分；催化活性、结合、转运子活性等11个分子功能。KEGG代谢通路富集分析结果显示，上述靶mRNA富集在123条代谢通路，参与对氨基酸代谢、碳水化合物代谢以及核苷酸代谢等物质代谢，氧化磷酸化、硫代谢、氮代谢等能量代谢，以及MAPK和Hippo等信号通路的调控。球囊菌DEmiRNA与靶mRNA之间存在复杂的调控关系，其中miR-29-x、miR-250-x、miR-4968-y、miR-11200-x、novel-m0023-5p、novel-m0130-5p和novel-m0135-5p等DEmiRNA可靶向结合与球囊菌的半胱氨酸蛋白酶、DNA甲基化转移酶以及几丁质酶相关的mRNA；此外，miR-7-x、miR-9-z、miR-319-y和miR-5951-y等同时参与调控MAPK信号通路；进一步分析发现，miR-250-x同时参与对DNA甲基化转移酶、MAPK信号通路及其他酶类合成与代谢途径的调控，并可能参与球囊菌与中蜂6日龄幼虫之间的跨界调控。通过Stem-loop RT-PCR和RT-qPCR验证了4个DEmiRNA的差异表达，并利用分子克隆和Sanger测序证实miR-7-x的序列与测序结果一致。[结论]本研究解析了侵染中蜂6日龄幼虫的球囊菌的miRNA差异表达谱及DEmiRNA的调控网络，揭示了球囊菌DEmiRNA可能通过调控病原的物质和能量代谢、增殖、毒力、信号通路及相关mRNA参与对中蜂幼虫的侵染过程。miR-7-x、miR-250-x、novel-m0023-5p等关键DEmiRNA有望作为白垩病治疗的新型分子靶点。

摘要:[目的]研究东方醋杆菌（Acetobacter orientalis）和短小乳杆菌（Lactobacillus brevis）通过氧气浓度调控黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）产卵的偏嗜性，并研究其对后代存活率和发育历期的生物学意义。[方法]利用双相选择装置解析果蝇产卵行为。利用分光光度仪和pH计测量细菌的OD值与pH值。通过改变果蝇的视觉、味觉和嗅觉感官以检测介导果蝇产卵行为的感觉系统。用后代的发育历期与存活率评价其生物学意义。[结果]果蝇产卵对东方醋杆菌具有趋避性，产卵指数为-0.76，对短小乳杆菌具有趋向性，产卵指数为0.5，并且二者接种比例决定了果蝇的产卵选择。氧气作为一个调节因子，可改变果蝇对东方醋杆菌和短小乳杆菌的产卵偏嗜性。氧气是东方醋杆菌生长必需的条件，有氧培养的OD值为1.3，而无氧培养的OD值为0.4。氧气是短小乳杆菌生长非必需的条件，有氧和无氧培养的OD值均为2.2。破坏嗅觉可严重地影响果蝇对细菌的产卵偏嗜性。东方醋杆菌和短小乳杆菌均促进了果蝇的生长，分别提高存活率1倍和1.5倍，分别缩短果蝇发育历期1 d和2 d。[结论]东方醋杆菌和短小乳杆菌可影响果蝇产卵偏嗜性，并且二者比例决定了果蝇的最终产卵选择。东方醋杆菌和短小乳杆菌通过感知氧气浓度的改变而进行不同的代谢方式，从而进一步调节果蝇产卵选择。嗅觉系统介导果蝇对东方醋杆菌和短小乳杆菌的产卵选择行为，从而提高后代存活率和缩短发育时间。

摘要:[目的]为探究盐生植物田菁及其根际功能微生物改良盐碱地的效果，本研究从黄河三角洲盐碱区田菁根际土壤中分离促生菌，并明确其耐盐促生效果。[方法]采用选择培养方法从田菁根际土壤中分离固氮菌、解磷菌以及解钾菌，并进行16S rRNA分子生物学鉴定。之后对菌株的耐盐及促生特性进行测定，筛选性状优良菌株进行玉米促生作用研究。[结果]共分离得到105株根际促生菌，其中N102兼具多种促生特性且耐盐性达15%。田菁种子发芽试验表明，N102可显著提高田菁发芽率（47%，P<0.05）、芽长（48.5%，P<0.05）和根长（60%，P<0.05）；玉米盆栽试验结果表明，N102对盐胁迫下玉米的株高、根长、叶绿素含量、地上部干重以及根干重具有显著的促进作用。经系统发育分析，N102与Enterobacter soli ATCC BAA-2102（NR117547）序列相似度为99.30%，鉴定属于Enterobacter属。[结论]菌株N102具有多种植物促生耐盐特性，具有开发成有效促进盐碱地作物生长的微生物肥的良好前景。

摘要:[目的]解析广西蚕沙中细菌群落组成与多样性，为蚕沙中菌种资源发掘和蚕沙的综合利用提供科学依据。[方法]通过高通量测序技术研究细菌群落组成特征，同时利用常规稀释涂布平板法和基于复苏促进因子（Rpf）的MPN培养系统解析并筛选蚕沙中可培养和活的非可培养（VBNC）状态的优势菌群，并经16S rRNA基因测序对筛选得到的菌株作初步分类鉴定。[结果]高通量测序表明，广西蚕沙样品中细菌归属于10个门、18个纲、27个目、57个科、96个属，其中4个属的丰度达1%以上，优势菌群为变形菌门（Proteobacteria）肠杆菌属（Enterobacter）；通过稀释涂布平板法共获得14个属的33株可培养细菌，其中4个属（Citrobacter、Weissella、Chitinophaga、Pseudoclavibacter）在高通量测序中未被检测到；而在MPN培养系统中，基于复苏促进因子的处理组细菌总数最大检出丰度提高了100倍，并从中共检出21株对Rpf敏感的VBNC菌株，其中6个属（Paenibacillus、Caulobacter、Roseomonas、Pantoea、Erwinia、Acinetobacter）为传统分离法中未能获得的菌属，2个属（Paenibacillus和Caulobacter）在高通量测序中未被检测到。[结论]蚕沙细菌多样性丰富，不同方法解析蚕沙细菌组成多样性存在一定差异，而且通过添加Rpf首次发现了蚕沙中存在大量过去未被认知的VBNC状态细菌，其中从16S rRNA基因序列同源性推测有3个VBNC菌株为潜在新种。此研究结果为深入挖掘蚕沙中微生物资源提供了新的视角与途径，为蚕沙的综合处理提供了研究基础。

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