项目文章（一区）| 绝对定量测序揭示山地生态系统优势植物根际土壤微生物多样性、共生网络的海拔格局及其对根区土壤多功能性的驱动机制

原创上海天昊生物

山地生态系统是全球对气候变化响应最敏感的生态系统之一，正面临着最广泛的环境问题。土壤微生物作为调节山地生态系统响应全球变化的重要组成部分，在几乎所有生物地球化学循环过程以及维持土壤多功能性等方面都发挥着至关重要的作用。近十几年来，土壤微生物多样性、群落组装的海拔格局及其驱动因素受到了广泛关注。然而，针对山地生态系统的微生物多样性与土壤生态系统多功能性的关系研究却鲜有报道，对于二者及其作用关系如何受到山地多重环境因素影响的信息仍然知之甚少。

近期，来自宁夏大学林业与草业学院邱开阳老师课题组，在国际知名一区期刊《Science of The Total Environment》(IF=9.8)上发表研究论文。该研究利用天昊微生物Accu16S^®细菌和AccuITS^TM真菌绝对定量测序专利技术，研究了贺兰山海拔在1350 ~ 2900 m的6个典型植被区的不同优势植物根际土壤细菌和真菌多样性的海拔格局，并将定量微生物组与根区土壤多功能性联系起来，探讨了两者关系的环境依赖性，揭示了山地生态系统优势植物根区土壤多功能性的微生物驱动机制。

值得一提的是，本研究中涉及到的跨域共生网络、随机森林、层次分割和构建结构方程模型等多种分析，都是基于“绝对丰度”而不是“相对丰度”的数据，结果也更加真实可信。以往多篇Nature及子刊文章均已指出，在进行微生物相关研究时，采用“绝对定量”数据更加真实准确，更具可信性（文章链接：多篇Nature强烈建议：微生物真实差异、疾病标记物、核心菌群筛选、模型预测、动态变化、菌群互作网络、群落组装要用“绝对定量”）。

英文题目：Geographical, climatic, and soil factors control the altitudinal pattern of rhizosphere microbial diversity and its driving effect on root zone soil multifunctionality in mountain ecosystems

中文题目：地理、气候和土壤因子调控山地生态系统根际微生物多样性的海拔格局及其对根区土壤多功能性的驱动作用

发表期刊：Science of The Total Environment

影响因子：9.8（一区）

发表时间：2023年9月9日

本研究以温带干旱半干旱山地生态系统贺兰山为研究对象，研究者从海拔 1350 m至2900 m，沿海拔梯度对6个典型植被类型进行了调查，包括荒漠草原（1350 m，S1）、浅山灌丛（1800 m，S2）、温带针叶林（2100 m，S3）、暗针叶林（2450 m，S4）、亚高山灌丛草甸（2600 m，S5）和高山草甸（2900 m，S6）。在植被调查后，每个样地采集了不同优势植物（S1短花针茅（Stipa breviflora）、S2蒙古扁桃（Prunus mongolica）、S3油松（Pinus tabuliformis）、S4青海云杉（Picea crassifolia）、S5银露梅（Dasiphora glabra）和S6高原嵩草（Carex coninux））的根际（rhizosphere）和根围（ectorhizosphere，紧邻根际的土壤）土壤样品，分别进行微生物扩增子绝对定量测序（V4-V5，ITS1-ITS2），土壤理化性质、酶活性、微生物生物量等指标的测定。

本研究结果表明在山地生态系统中，地理、气候和土壤因子可以通过塑造优势植物根际土壤微生物多样性和群落结构组成来调节根区土壤多功能性，细菌多样性和特定的细菌类群是根区土壤多功能性的关键驱动因素。这项工作拓展了山地生态系统根际土壤微生物多样性的垂直分布格局、群落结构及其对海拔、气候变化的响应理论，丰富了以往关于山地生态系统土壤微生物多样性与生态系统（土壤）多功能性关系的研究框架。

图1、沿海拔梯度分布的六个采样点。

图2、根际土壤细菌和真菌多样性与群落组成的对比。

图3、优势植物根际土壤微生物跨域共生网络分析。

图4、根区土壤多功能性的主要驱动因素及其作用途径。（原文图6）

属于微生物组“绝对定量”的

时代已经到来！！！

天昊生物开发的微生物Accu16S^®细菌与AccuITS^TM真菌绝对定量测序技术，就是一种基于添加内标序列的微生物绝对定量检测方法。本技术通过向样品DNA中添加天昊专利的人工合成已知拷贝数内标序列，然后进行16S/ITS扩增子文库构建、测序，再根据内标序列reads数及其绝对拷贝数绘制出标准曲线，最后可获得样品中OTU代表序列对应的细菌物种绝对拷贝数。利用该方法，我们可以同时获得绝对定量分析结果、常规扩增子相对定量结果，以及相对定量与绝对定量的比较分析结果，可谓“一次检测，三套结果”，数据更加全面准确。

天昊生物绝对定量专利授权书

1、只能获得相对定量结果，可能推导出错误结论；

2、传统qPCR等方法定量费时费力，无法避免跨平台系统误差；

3、针对特殊样本，无法排除PCR抑制剂干扰。

上图为微生物群“相对丰度(Relative abundance)”和“绝对丰度(Absolute abundance)”随时间变化比较示意图。只检测相对定量数据会掩盖了潜在微生物群落的动态变化，使变化过程中的差异更难被发现。（图片来源：Nature，2021）

上图为人类肠道菌群变化与微生物定量方法之间存在差异。本研究发现克罗恩氏病患者（CD）和对照人群（Control）粪便微生物的“相对丰度(RMP)”和“绝对丰度(QMP)”结果，在一些菌属中存在显著性差异。只考虑“相对定量”结果，可能会造成结论的错误或者关键菌属信息的丢失。（图片来源：Nature，2017）

一次检测，三套数据，结果更丰富；
对样本的需求量要求低，避免因样本无备份等造成的无法检测情况；
检测通量高，检测合格范围内各类菌种均可绝对定量；
相对定量和绝对定量数据相互印证，减少传统相对定量假阳性问题；
避免跨平台qPCR定量的系统误差；
内标法比qPCR在定量上具有更高的特异性、灵敏度和更好的一致性；
避免因样本DNA抽提等原因造成的PCR抑制剂残留对结果准确性的影响；
避免qPCR等定量实验碰到的引物设计和优化难题。

截至目前，天昊客户利用微生物绝对定量测序共发表SCI文章52篇，其中JCR分区在Q1区的高分文章多达27篇，研究领域涉及医学、环境、食品、农学和生态等各个领域，样本类型包括人类及动物粪便、土壤、体外发酵液、水体生物膜、酒类发酵物及口拭子DNA样本等。

上海天昊生物科技有限公司，2008年4月创建于上海浦东张江高科技园区。2014年天昊生物被评为“高新技术企业”。2018年1月，天昊生物获得“科技型中小企业”荣誉称号。2018年3月天昊生物荣获“浦东新区企业研发机构”称号，2023年被评为“上海市专精特新中小企业”。

目前天昊生物在人类医学遗传、动植物和微生物领域已经涵盖了科研服务体系超过100类，迄今已经为国内外近1300多家科研院校、医疗单位和生物公司提供了超过2万多项科研技术服务。

近年来，天昊生物在进行高质量技术服务的同时始终重视自主创新，独立研发了AccuCopy^®、 CNVplex^®多重DNA拷贝数检测技术，iMLDR^®、SNPscan^®多重SNP分型方法等具有国际水平的专利技术。另外利用二代测序平台不断研发出多项创新型基因分析技术，如FastTarget^®多重目的区域富集测序技术、SSRseq^®超高通量SSR分型技术、MethylTarget^®及多重目的区域甲基化富集测序技术等。

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官方网址：http://www.geneskybiotech.com

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