在微生物生态学的研究中，微生物对基本元素的生物地球化学循环是研究的一个重点内容，主要涉及到碳、氮、磷、硫等元素的生物地球化学循环。这些参与生物地球化学循环的生命有机体的数量、质量及其代谢速率与各种生态系统乃至整个生物圈的结构、功能、动态过程和生产密切相关。

        微生物是自然界碳、氮、磷、硫元素循环的主要驱动力，通过检测微生物碳、氮、磷、硫的功能基因，可综合分析不同生境下碳、氮、磷、硫循环的整体水平及其影响因素，为环境健康和影响评价提供基因水平上的有力证据。

         目前，对于环境中元素循环挖掘主要是基于功能基因扩增、宏基因组数据分析等。

          功能基因扩增具有引物特异性，覆盖不够全面，只能获得部分的元素循环相关基因。而常规的宏基因组分析方案，对于元素循环代谢通路不够全面，且循环路径分类不够明确，不能满足目前高水平科研论文研究需求。

凌恩生物全新宏基因组元素循环分析方案

        凌恩生物推出全新基于宏基因组学注释的碳、氮、磷、硫元素循环分析流程。

        首先基于宏基因组标准分析得到的KEGG注释结果，根据查阅文献整合得到的碳、氮、硫和磷循环路径及详细基因丰度计算方式，计算每个样本中碳、氮、硫和磷循环各路径的基因丰度，进而进行一系列样本间比较，从而分析样本中主要的碳、氮、硫和磷循环功能路径及其组间丰度差异情况。

        再根据注释到每一个碳、氮、硫和磷循环相关基因的contigs的物种分类学注释结果，统计每个样品中碳、氮、硫和磷循环各过程路径的功能微生物信息，进而进行一系列样本间比较，从而识别样本中主要的碳、氮、硫和磷循环的功能微生物种属及其组间差异情况。

碳循环路径为例：

        结果内容包括Carbon、Nitrogen、Sulfur和Phosphorus分别对应碳、氮、硫和磷循环结果。分析结果主要包括元素循环功能基因丰度比较分析、元素循环功能基因路径图、样本间比较分析以及宿主微生物识别四大模块的内容。

        开发团队对分析结果的展示进行了细致的优化，在保证分析结果清晰展示的前提下，对分析结果图的各项细节参数进行了优化调整，分析结果无需任何调整即可直接达到文章发表要求。

凌恩生物基于宏基因组的元素循环部分结果展示

组间丰度比较热图

图1 组间氮循环子路径丰度差异热图 图2 单个样本氮循环丰度差异热图

元素循环路径图

图3 组间元素循环基因丰度差异倍数比较 图4 氮循环模式图

样本间比较分析

图5 元素循环基因PCA结果图 图6 元素循环基因PCoA结果图 图7 元素循环基因NMDS结果图

元素循环宿主微生物识别

图8 不同氮循环途径功能微生物识别

颜色越红代表该功能微生物的绝对丰度或在全部功能微生物中的占比越高

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参考文献

[1]Connecting biodiversity and potential functional role in modern euxinic environments by microbial metagenomics. The ISME Journal , 2015.

[2]Metagenomic assembly unravel microbial response to redox fluctuation in acid sulfate soil. Soil Biology & Biochemistry, 2017.

[3]Metagenomic Insights Into the Microbial Community and Nutrient Cycling in the Western Subarctic Pacific Ocean. Frontiers in Microbiology, 2018.