基于单细胞拉曼分选耦合精准宏基因组的海洋原位固碳微生物解析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31800087
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0105.微生物学新技术与新方法
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Marine microbes play important roles in the global carbon cycle. Therefore, mining of indigenous CO2-fixing microbes in the ocean is of great scientific significance. However, one key bottleneck that hinders the advance of the field has been the paucity of methods that recognize and sort those carbon-fixing cells in situ. Current research tools, such as metagenomics and single-cell genomics, are widely used, yet their setbacks are many, for example, low resolution of taxa recognition, inability to cover low abundance species, lack of cellular phenotype/function information, inability to connect genomes to their ecological functions. Therefore, here we propose a new strategy to identify and dissect the indigenous marine CO2-fixing microorganisms, in which Raman-based functional cell sorting was coupled to downstream precise mini-metagenomic analysis. Firstly, microbes in a marine microbial consortium that are actively fixing CO2 are identified based on Single-cell Raman Spectra (SCRS), by feeding the marine consortium with 13C-labeled carbon source substrates. Secondly, the cells with targeted functions as represented by the target SCRS were sorted into a number of subgroups. Single-cell genomic amplification will be then applied to the sorted groups, followed by high-throughput sequencing, to produce a mini-metagenome for the precisely functionalized cells. Finally, a model for the taxonomical diversity and functional mechanism of marine CO2 fixation will be constructed based on the single-cell phenotypes and the mini-metagenome data. In summary, the endeavors should provide a new tool for dissecting the in situ functioning mechanism of microbiota.
海洋微生物是全球碳循环的主要载体之一,因此海洋原位固碳微生物的发掘具有重要意义,然而阻碍其深入推进的瓶颈之一是细胞原位固碳功能识别的方法学。目前,以宏基因组学和单细胞基因组学技术为代表的研究方法存在诸多缺陷,如物种解析度低;难于覆盖低丰度物种;细胞表型/功能信息缺失;细胞基因型与其生态功能无法直接联系等。对此,本项目提出一种基于微生物单细胞拉曼分选与精准宏基因组学方法,用于海洋固碳微生物的解析。首先,对海洋微生物在13C碳源底物培养条件下进行单细胞水平固碳功能的拉曼表型识别和细胞筛选;其次,将目标细胞分选为不同的亚群,利用单细胞基因组扩增策略进行微小规模细胞群体的基因组扩增,应用高通量测序手段获得功能明确的精准宏基因组数据;最终,整合单细胞表型与功能性细胞群体基因组,建立原位固碳物种多样性及机制模型。本项目将为微生物组原位功能机制研究提供一种新工具。

结项摘要

海洋原位固碳微生物的资源挖掘具有重要意义,其瓶颈之一是细胞原位固碳功能识别方法的匮乏。本项目基于微生物单细胞拉曼分选与单细胞精度的定向精准宏基因组学方法,对海洋固碳微生物进行原位解析。通过对海洋微生物在13C碳源底物培养条件下进行单细胞水平固碳功能的拉曼表型识别和细胞筛选,随后将目标细胞利用单细胞基因组扩增策略进行定向精准宏基因组扩增。最终,建立单细胞精度的海洋微生物原位固碳机制模型。这一系列方法学的开发和应用将有力拓展拉曼介导的定向精准宏基因组技术在海洋诸多领域的应用,为海洋微生物组原位功能机制研究提供一个新工具。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
One-Cell Metabolic Phenotyping and Sequencing of Soil Microbiome by Raman-Activated Gravity-Driven Encapsulation (RAGE).
通过拉曼激活重力驱动封装 (RAGE) 对土壤微生物组进行单细胞代谢表型分析和测序
  • DOI:
    10.1128/msystems.00181-21
  • 发表时间:
    2021-06-29
  • 期刊:
    mSystems
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Jing X;Gong Y;Xu T;Meng Y;Han X;Su X;Wang J;Ji Y;Li Y;Jia Z;Ma B;Xu J
  • 通讯作者:
    Xu J
Transcriptomic and proteomic responses to very low CO2 suggest multiple carbon concentrating mechanisms in Nannochloropsis oceanica
对极低二氧化碳的转录组和蛋白质组反应表明微拟球藻存在多种碳浓缩机制
  • DOI:
    10.1186/s13068-019-1506-8
  • 发表时间:
    2019-06-28
  • 期刊:
    BIOTECHNOLOGY FOR BIOFUELS
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Wei, Li;El Hajjami, Mohamed;Xu, Jian
  • 通讯作者:
    Xu, Jian
Rational Optimization of Raman-Activated Cell Ejection and Sequencing for Bacteria
细菌拉曼激活细胞喷射和测序的合理优化
  • DOI:
    10.1021/acs.analchem.9b05345
  • 发表时间:
    2020-06-16
  • 期刊:
    ANALYTICAL CHEMISTRY
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Su, Xiaolu;Gong, Yanhai;Xu, Jian
  • 通讯作者:
    Xu, Jian

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其他文献

短链直链淀粉-脂类复合物的制备及表征
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    食品研究与开发
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    荆晓艳;杨留枝;刘延奇
  • 通讯作者:
    刘延奇
V型直链淀粉-月桂酸钠复合物的制备方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    河南工业大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李爽;荆晓艳;杨留枝;刘延奇
  • 通讯作者:
    刘延奇

其他文献

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基于单细胞拉曼分选耦合基因组和转录组测序的海洋近原位微生物组固碳机制解析
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
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    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
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  • 批准号:
    32270109
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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