元素循环是生态系统功能的重要组成部分,对于维持生命活动和生态平衡具有至关重要的意义。在元素循环中,功能微生物是至关重要的参与者,参与在各种关键过程中。这些过程包括碳的分解和动态调控、固氮、硝化和反硝化、磷矿化和溶解,以及硫氧化还原和矿化。宏基因组元素循环分析是一种将宏基因组学方法应用于研究生态系统中元素(如碳、氮、磷、硫等)循环过程的技术。它通过对环境样本中微生物群体的基因组进行分析,来揭示微生物在元素循环各个环节中的作用机制。因此百易汇能宏基因组云平台上线了元素循环分析,通过对不同元素循环途径所涉及到的功能基因进行注释分析和丰度差异分析,来全面系统的解析不同环境下微生物对各元素循环的影响。
氮(N)循环是地球生态系统中重要的生物地球化学途径的集合,在生态学和环境研究中得到了广泛的关注。氮循环的各种转化过程都有微生物的参与(包括固氮、硝化、反硝化、厌氧氨氧化、氮同化/异化还原、氨化和同化作用等)。这些微生物共同推动着氮在大气、土壤、水体及生物间循环转化,维持着生态系统中氮元素的平衡和稳定。NCycDB是针对氮元素循环的专用数据库,NCycDB于2019年建立,共收录68个基因家族,涵盖8个N循环过程(Anammox、Assimilatory nitrate reduction、Denitrification、Dissimilatory nitrate reduction、Nitrification、Nitrogen fixation、Organic degradation and synthesis、Others)。相较于通用数据库,NCycDB更具有针对性,可快速实现对氮循环基因的注释和分析。
甲烷循环是全球碳循环的重要组成部分,微生物则在甲烷产生和甲烷氧化的过程中起着至关重要的作用。宏基因组测序极大地促进了甲烷循环基因家族和相关微生物分类群的分析。MCycDB数据库收集了298个甲烷循环基因家族,涵盖10条甲烷代谢通路,有610,208个代表性的基因序列,能全面准确地分析微生物群落中的甲烷循环。
磷是地球上所有生物和生态系统中的关键大量元素,微生物在磷循环中发挥着核心作用。尽管宏基因组测序技术的发展为我们提供了新的研究工具,但对磷循环关键基因(PCGs)和微生物(PCMs)的全面理解仍然有限。磷循环数据库PCycDB,覆盖了139个基因家族和10个磷代谢过程,包括一些之前被忽视的PCGs。PCycDB能够高覆盖、高精度地快速分析宏基因组测序数据中的磷循环,为研究多种环境中磷循环微生物群落和功能提供了一大助力。
微生物驱动的硫(S)循环是地球生物圈重要的生物地球化学循环过程,在自然生态系统中通常与碳、氮、金属循环耦合。宏基因组测序为增进我们对硫循环微生物群落的理解开辟了一条新途径。硫循环数据库(SCycDB)是一个用于硫循环途径宏基因组分析的功能基因数据库。包含 207 个基因家族和 585,055 个代表序列,涵盖了同化性硫酸盐还原、异化硫还原和氧化、Sox 系统、硫还原、硫氧化、硫歧化、有机硫转化等 8 个关键的硫循环途径。可针对不同生态环境中硫循环微生物群落的功能和分类学进行分析,并能在基因家族水平上提供硫循环微生物群落的功能概况。
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