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高通量测序在情况微生物学中的使用

杜 姗1 杨 唐2 赵英杰2

(1.中国陆地大学情况迷信与工程学院,山东 青岛 266100;

2.青岛理工大学情况与市政工程学院,山东 青岛 266033)

【摘 要】微生物群落是生态零碎中最活泼的构造单元和功用单元,因而理解种种情况中微生物的群落构造有偏重要的意义,其研讨的技能也不断在提高。高通量测序可以一次取得多条基因序列,使得其在情况微生物学中的研讨中倍受喜爱。讨论了454高通量测序早在情况微生物学中的使用。

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要害词 高通量测序;情况微生物;微生物群落构造

微生物群落是普遍存在于生态零碎中的一种构造单元和功用单元,它们是生态零碎内较为生动的一局部。群落中种种差别的种群能以有纪律的方法共处,停止互相作用,同时它们具有各自分明的养分和代谢范例。理解微生物群落构造的办法次要有分子生物学的办法、Biolog法以及比年来开展起来的高通量测序技能。

1 高通量测序技能

随着科技的迅猛开展,测序技能也在提高,这些测序技能可以在种的程度上对情况微生物停止剖析和研讨。呈现在上天下70年月的Sanger测序法[1],本钱高测序通量低,成为了其普遍运用的限定要素,但它倒是20世纪90年月到本世纪初期不断在运用的测序技能。

人类基因组如许巨大的序列剖析任务需求,使得新一代的测序技能也开展了起来。它的特点是价钱低通量高,高通量则指的是每次剖析都能失掉几十万或几百万条DNA的序列。454高通量测序是由454生命迷信公司在了2005年开辟的,2007年,该公司公布了GS FLX零碎,2008年公布了它的晋级GS FLX Titanium。

如今新测序技能的次要平台次要有[2]:罗氏454公司推出的GS FLX+system测序平台,Illumina公司推出的MiSeq测序平台,和ABI公司的Solid测序平台等。本研讨运用的是454高通量测序技能。

454高通量测序原理[3]:它接纳的是焦磷酸测序法,是4种酶催化一致体系的酶级联化学发光反响。起首将 PCR 扩增的单链 DNA与引物杂交,并与DNA聚合酶、ATP硫酸化酶、荧光素酶、三磷酸腺苷双磷酸酶、底物荧光素酶和5´-磷酸硫酸腺苷配合孵育。在每一轮测序反响中只参加一种dNTP,若该dNTP与模板配对,聚合酶就可以将其掺入到引物链中并开释出等摩尔数的焦磷酸。焦磷酸盐被硫酸化酶转化为ATP,ATP就会促使氧合荧光素的分解并开释可见光。CCD检测后经过软件转化为一个峰值,峰值与反响中掺入的核苷酸数量成反比。

扩增和测序可以高度保存细菌的遗传特性,是一种很罕见的来确定其分类和构成的办法。经过比拟现有的数据库,可确定其来自哪个生物的序列,从而确定细菌门类和各自占据的比例。

2 高通量测序技能在情况微生物中的使用

454高通量测序可以得出某个泥土地区或许生物膜中种种菌类构成,从而研讨该地区微生物物种多样性;经过测序可以失掉微生物的群落构造、构成,再与微生物活性、养分元素的转化等理化性子联合一同剖析,来研讨微生物的功用多样性。

张彩霞[4]等运用454高通量测序来研讨甘肃差别地域的泥土由荒原酿成百年轻农田、约30年的农田、约20年的农田、樟子松林等进程中泥土微生物群落构造变革纪律及其影响要素,比照比较组的泥土发明,在由自然荒原泥土变化成为差别应用范例的地皮泥土进程中,具有从多变少再变多的趋向。在自然荒原泥土中,微生物总量的96%以上,在泥土变化的进程中其生长遭到了克制,有4%的微生物在次进程中生长遭到了促进。这个后果标明了泥土的微生物群落构造会遭到地皮应用范例变革的明显影响。

Michaela等[5]人应用高通量测序技能研讨了丛林开放物和泥土中微生物的细菌和真菌群落构造,对28个站点的样品停止剖析,发明凋落物和泥土中存在着差别的微生物群落构造。此中,细菌的多样性要比真菌丰厚,尤其是在开放物中,细菌群落体现出了更高的平均度。无论是开放物照旧泥土中的微生物群落构造,都明显遭到了树种的影响。

李鑫等[6]运用高通量测序技能剖析了盐碱地中,桑树与大豆单作和间作差别莳植形式的泥土细菌微生物群落构造差别性。后果表现,间作时泥土的微生物多样性要比单作丰厚,即间作使得泥土的微生物群落构造多样性有所进步。同工夫作也改动了大豆和桑树的基本微生物群落构造。在盐碱地的莳植中,间作不只可以低落泥土碱性,还使得泥土的群落构造多样性有所进步,动物产量添加。

夏围围等[7]将新一代高通量测序技能与DGGE两种技能联合运用到了研讨是新西兰典范草地和丛林泥土微生物群落构造上,以16S rRNA基由于标靶, 经过两种技能来剖析泥土微生物群落的构造构成和多样性,同时以此来比拟两种技能的优缺陷。测序剖析后果表现,新西兰草地泥土检测到22门,54纲,60目,131科和350属;而DGGE却只检测到6门,9纲,8目,10科,10属,这标明了高通量测序比DGGE能更完好的表达出微生物的群落构造构成。异样的,在丛林泥土也表现出了相似的纪律。

3 结论

现在,高通量测序技能仍处于开展的初期,但我们可以预见,在将来几年将是第三代测序技能疾速开展和三种测序技能的共存的黄金期间。测序本钱将持续敏捷降落。迷信家们在差别的范畴将可以花更少的钱测序基因组物种或转录来到达更好的实行后果和取得更多的新的发明。别的,怎样剖析经过高通量测序发生的少量数据和从这些数据中提取有代价的生物信息将成为将来研讨的热门和重点。

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参考文献

[1]Sanger F, Nicklen S,Coulson AR. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America[J].1977,74:5463-5467.

[2]Quail MA,Kozarewa I,Smith F,Scally A,StephensPJ,Durbin R,Swerdlow H,Turner DJ. Nature Methods[J].2008,5:1005-1010.

[3]Meyer M,Stenzel U,Hofreiter M.Nature Protocols[J]. 2008,3:267-278.

[4]张彩霞.新一代高通量测序技能研讨泥土微生物群落构造对情况条件的影响[D].南京:南京农业大学,2012.

[5]李鑫.苏打盐碱地桑树/大豆间作的泥土微生物多样性研讨[D].哈尔滨:西南林业大学,2012.

[6]夏围围,贾仲军.高通量测序和DGGE剖析泥土微生物群落的技能评价[J].2014,12:1489-1499.

[7]Kailong Huang, Xu-Xiang Zhang n, Peng Shi.Ecotoxicology and Environmental Safety[J].2014,109:15-21.

[责任编辑:邓丽丽]

阅读次数:  更新工夫:2015-09-23 16:54:23
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