目的:研究胎膜早破孕妇阴道菌群特征，找出相关细菌种类，通过功能预测探索细菌与胎膜早破交联的相关功能通路，并建立以阴道菌群特征为基础的预测模型。方法:基于孕妇队列，纳入35例未足月胎膜早破、180例足月胎膜早破和255例胎膜未早破足月分娩(对照组)孕妇。使用16S rRNA基因二代测序技术检测孕妇在妊娠16~28周时的阴道样本V3~V4高变区序列。分析并比较3组孕妇之间Alpha多样性、Beta多样性，识别物种属性和代谢功能预测的差异。随后采用随机森林模型纳入阴道菌群物种以及危险因素，建立胎膜早破发生的预测模型。结果:未足月胎膜早破组与对照组相比，Alpha多样性更高(Observed features, P＝0.022；Faith_pd指数， P＝0.024)，Beta多样性也有显著差异(Unweighted-UniFrac， P＝0.010；Jaccard指数， P＝0.008)。未足月胎膜早破孕妇中，巨型球菌Ⅰ型转化菌种显著增多( P＝0.017)，穆氏乳杆菌显著减少( P＝0.003)。而足月胎膜早破孕妇中，巨型球菌属显著增多( P＝0.009)，穆氏乳杆菌显著减少( P＝0.002)。功能预测方面，嗜酸菌的硫氧化途径( P＝0.021)、乙酸产甲烷途径( P＝0.036)、L-组氨酸合成途径( P＝0.009)、腺苷钴胺素合成途径( P＝0.041)和海藻糖代谢途径( P＝0.001)这5种功能在未足月胎膜早破孕妇中显著增加，而L-组氨酸合成途径( P<0.001)和海藻糖代谢途径( P＝0.030)在足月胎膜早破孕妇中显著增加。通过随机森林模型纳入阴道菌群物种以及危险因素建立预测模型，未足月胎膜早破预测模型的表现较好[AUC值为0.739(95%CI：0.609~0.869)，灵敏度0.928，特异度0.659，阳性预测值0.750，阴性预测值0.906]，具有一定的参考价值。 结论:阴道菌群特征可能与胎膜早破的发生发展有关，阴道细菌差异的研究可能成为防治胎膜早破的新思路，功能预测为胎膜早破发生发展机制的研究方向提供了参考借鉴，预测模型可以预防未足月胎膜早破的发生，促进母婴健康。

一碳气体主要包括CO、CO2 和CH4 等,这些气体来源于陆地生物活动、工业废气以及气化合成气等,其中CO2与CH4是温室气体,对全球气候变化有着重要的影响.利用微生物进行一碳气体生物转化既可以解决废气排放的问题,又能生产燃料及多种化学品.近年来,运用CRISPR/Cas9 等基因编辑技术对一碳气体利用微生物进行改造,是提高它们的产物得率、增加产物类型的重要途径.本文主要围绕甲烷营养菌、自养乙酸菌、一氧化碳营养菌等一碳气体利用微生物,综述了其生物学特性、好氧和厌氧代谢途径、代谢产物,以及常用的基因编辑技术(利用同源重组的基因中断技术、二类内含子 ClosTron 法、CRISPR/Cas 基因编辑及以噬菌体重组酶介导的DNA大片段引入等)在它们中的应用,为后续相关研究提供参考.

[背景]湿地是重要的甲烷排放源,因为其中栖息着各种产甲烷古菌.已知未培养甲烷古菌Rice Cluster Ⅱ(RCⅡ)类群广泛分布于低温酸性和北方泥炭藓湿地、淡水湿地及草本沼泽等环境,但它们在低温盐碱湿地中的分布及代谢途径尚未知.[目的]分析扎龙盐碱湿地未培养甲烷古菌RCⅡ类群的多样性、推测产甲烷代谢途径及其潜在的盐碱适应机制.[方法]16S rRNA基因扩增子测序分析扎龙湿地土壤中甲烷古菌群组成;构建16S rRNA基因克隆文库分析扎龙湿地土壤RCⅡ的多样性;宏基因组分析推测 RCⅡ 古菌编码的产甲烷途径及与耐盐碱相关物质的合成基因.[结果]16S rRNA 基因高通量测序发现未培养甲烷古菌的 RCⅡ 类群占扎龙盐碱湿地总甲烷古菌的13.280%±0.019%;系统发育学分析表明该湿地的RCⅡ由 3 个分支组成;宏基因组分析组装了 2 个优势的未培养RCⅡ的基因组,均含完整的氢还原二氧化碳产甲烷途径的基因,并编码海藻糖的转运与合成基因.[结论]扎龙盐碱湿地土壤富含未培养 RCⅡ 甲烷古菌,推测它们通过氢还原二氧化碳产甲烷,利用细胞内高的海藻糖适应盐碱环境.

在整个地球演化历史过程中,产甲烷古菌在生物地球碳循环中一直扮演着重要角色.据报道,约三分之二的地球生物甲烷通量来自乙酸型产甲烷途径,乙酸型甲烷八叠球菌(Methanosarcina acetivorans)是目前发现为数不多的可以进行乙酸型产甲烷途径的模式产甲烷古菌,对M.acetivorans代谢途径的解析、改造和应用可为温室气体甲烷的减排与其作为能源的合理利用提供新思路.本文综述了M.acetivorans的产甲烷代谢途径、遗传改造策略、细胞工厂构建 3 个方面的研究进展,分析了M.acetivorans与其他进行乙酸型产甲烷代谢的产甲烷古菌在以上三方面的异同,并对进一步设计和构建其作为微生物细胞工厂所面临的问题与挑战进行了展望.

甲烷是重要的温室气体,同时也是广泛的可再生能源.深刻认识甲烷代谢过程中的微观机理可为人类实现甲烷的减排及其作为能源的合理利用打下坚实的理论基础.古菌介导的直接电子传递(DET)作为甲烷代谢的重要途径,已成为近年来环境微生物领域的研究热点.本文对互营氧化产甲烷、电能无机自养产甲烷以及厌氧甲烷氧化3个过程中参与DET的微生物进行综述,并着重阐述它们各自的发生机理.DET既存在于甲烷合成代谢,又涉及厌氧甲烷氧化.前者根据电子来源的不同,可分为微生物种间DET产甲烷和电能无机自养产甲烷两种类型.后者则是甲烷氧化古菌将甲烷氧化产生的电子传递至胞外电子受体.在甲烷合成代谢过程中,产甲烷古菌主要通过互营细菌外膜细胞色素蛋白、菌毛或导电性固体3种方式进行电子的直接吸收.相反,甲烷氧化古菌可通过外膜细胞色素蛋白将电子传递至胞外固体或微生物.今后对于古菌介导的DET研究将集中在甲烷代谢电子传递链的各个组成部分及其与细菌之间的相互作用,以便将DET机制用于实际问题的解决.

滨海湿地位于海陆交界,具有初级生产力高、生物多样性丰富以及微生物驱动的营养元素循环活跃等特点,同时也是大气中一氧化二氮(N2O)的重要排放源.N2O是仅次于二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的第三大温室气体,而全球 90％以上的 N2O排放由微生物主导,并与滨海湿地氮循环的微生物群落多样性及功能密切相关.因此,滨海湿地系统中 N2O的产生与转化逐渐受到关注.本文综述了滨海湿地生态系统中微生物驱动下N2O的产生过程,以及氮元素及其与碳、硫和金属元素搞合过程中产生N2O的代谢途径,N2O排放的时空变化与微生物调控,并对未来相关研究方向进行了展望,旨在揭示微生物驱动的 N2O产生及环境调控机制,为减缓全球变暖提供科学依据.

[目的]分析青藏高原不同类型盐碱湖中的优势产甲烷菌群和优势产甲烷代谢途径.[方法]以不同盐度和植被类型的公珠错、昆仲错和无植被的兹格塘错的沉积物为研究对象,通过高通量测序和qPCR定量古菌16S rRNA多样性分析优势古菌类群;模拟原位盐浓度及pH,比较不同产甲烷底物(甲醇、三甲胺、乙酸和H2/CO2)富集沉积物的产甲烷速率,分析其优势产甲烷菌代谢类型.通过添加产甲烷抑制剂(2-溴乙烷磺酸盐),检测沉积物中产甲烷底物积累,确定不同盐碱湖中主要的产甲烷途径.[结果]昆仲错的优势菌群包括甲基/乙酸型的甲烷八叠球菌科(Methanosarcinaceae,11％),乙酸型的甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae,7.9％)和氢型甲烷菌甲烷杆菌目(Methanomicrob iales,7.4％);公珠错和兹格塘错的优势菌群为甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae)分别占15％和15.3％,及甲烷杆菌属(Methanobact erium)和甲基型的甲烷叶菌属(Methanolobus).公珠错和昆仲错分别以乙酸和甲醇产甲烷速率最高,而兹格塘错从不同底物产甲烷速率无差异.抑制甲烷产生后,公珠错主要积累乙酸,昆仲错主要积累甲醇;兹格塘错不仅甲烷排放低,也无产甲烷物质显著积累.[结论]昆仲错沉积物中的甲烷主要来自甲醇,公珠错中的甲烷主要来自乙酸,而兹格塘错产甲烷和底物积累不活跃.因而推测高原盐碱湖主要的产甲烷途径和菌群可能与周围植被类型的相关性更高,而与盐度的直接相关性较低.

放线菌作为干旱、半干旱环境中生物土壤结皮(Biological Soil Crusts,BSCs)组成的重要生命存在形式之一,不仅是潜在临床有用天然产物化学多样性的重要来源,也是该生态系统物质循环与能量流动的重要参与者.以腾格里沙漠东南缘广泛分布的藻结皮和藓结皮为研究对象,通过宏基因组测序比较分析两种BSCs放线菌种群的分布特征、组成及其潜在代谢功能.结果 表明,腾格里沙漠东南缘藻结皮与藓结皮土壤微生物组主要形成以地嗜皮菌属、红色杆菌属、类诺卡氏菌属、游动放线菌属、芽生球菌属、链霉菌属、贫养杆菌属、糖丝菌属、土壤红杆菌属、假诺卡氏菌属、小单孢子菌属、康奈斯氏杆菌属、大理石雕菌属、小月菌属以及弗兰克氏菌属等为主要类群的放线菌群落结构,在两种BSCs类型之间各属分布存在差异.藓结皮中放线菌参与的氨基糖与核苷酸糖代谢、原核生物中的碳固定途径、丁酸代谢、丙酸代谢、丙氨酸/天门冬氨酸和谷氨酸代谢、甲烷代谢、2-羰基羧酸代谢、肽聚糖生物合成、淀粉与蔗糖代谢以及缬氨酸/亮氨酸与异亮氨酸降解显著高于藻结皮.藓结皮中地嗜皮菌属和红色杆菌属对相对丰度前10的代谢功能分类的贡献度显著低于藻结皮,而类诺卡氏菌属、芽生球菌属、贫养杆菌属、游动放线菌属、链霉菌属、假诺卡氏菌属和糖丝菌属等对这些功能的相对贡献在藓结皮中具有重要作用.这些结果可为全面、深入理解腾格里沙漠东南缘藻结皮与藓结皮放线菌资源多样性及其潜在功能多样性提供科学数据,也为理解放线菌在不同类型BSCs中的生态功能提供参考.

甲烷是仅次于二氧化碳的重要温室气体.微生物介导的厌氧甲烷氧化(anaerobic oxidation of methane,AOM)是厌氧环境甲烷减排的重要途径,对缓解全球温室效应具有重要意义.AOM既可耦合硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐等可溶性电子受体的还原,又能耦合金属氧化物等不溶性固体的还原.本文系统综述了金属还原型甲烷厌氧氧化(metal iondependent anaerobic oxidation of methane,M-AOM)的发现、所涉及微生物及其代谢途径、电子传递过程、环境影响因素等.AOM产生的电子可通过细胞直接接触、微生物纳米导线、金属螯合物、氧化还原电子穿梭体4种途径传递至金属离子或氧化物.微生物介导的金属还原,既包括厌氧甲烷营养古菌(anaerobic methanotrophic archaea,ANME)单独负责M-AOM的整个过程;又包括微生物的互营合作,即首先ANME氧化甲烷,并将产生的电子直接传递至互营微生物,接受ANME的电子来还原金属氧化物.鉴于目前没有成功分离出ANME的单一菌株,未来对M-AOM的研究重点将集中在深入解析M-AOM电子传递机制及其生态分布和对甲烷汇的全球贡献上.

产甲烷古菌是一类极端厌氧的古菌域微生物,可以利用CO2甲醇、乙酸等简单化合物产甲烷并获得能量.目前能够培养的氢营养型(CO2/H2)产甲烷古菌的种类较多,而且在三类产甲烷代谢类型中,氢营养型产甲烷途径的产能效率最高,并具有多种模式的特殊能量利用系统.近年来,随着质谱、光谱和晶体技术的发展与运用,人们对产甲烷代谢途径的研究进一步深入,尤其是对氢营养型产甲烷途径的生化机制有了新的认识,揭示了产甲烷古菌在能量极限条件下独特、高效的能量利用模式.本文从能量储存、代谢途径、蛋白功能与催化机制等方面概述产甲烷古菌利用CO2/H2产甲烷的详细过程,并对产甲烷古菌代谢途径的研究方向与技术发展进行展望.