微生物分子生态学研究方法及其存在的缺陷

微生物群落多样性是微生物生态学和环境学研究的重点之一.分子生物学方法应用于微生物群落结构分析使得对环境样品中占大多数的不可培养微生物的研究成为了可能.然而,PCR过程中的偏差(bias)会引起结果并不能如实地再现原始的群落结构,随着多个宏基因组项目的研究,发现所谓的“通用引物”并不能覆盖全部的微生物类型,即使可以添加简并碱基,也无法与通过宏基因组得到的rRNA序列完全匹配,这导致了在诸多研究中会忽略环境中的微生物群落.即使是不经过PCR扩增的元基因组和元转录组学研究方法,对于分子微生物群落也存在着一定的问题.     

湖泊微生物多样性研究进展

随着不依靠培养的分子生物学技术的迅速发展,湖泊微生物多样性研究越来越受到人们的重视并取得了较大的成果.从从古细菌域、细菌域、真核生物域3个方面概述了湖泊微生物多样性的研究进展并简单介绍了宏基因组技术在湖泊微生物多样性研究中的运用.     

阴道微生态宏基因组学研究进展

女性阴道内寄居着多种微生物群落,这些微生物种群间的平衡状态与妇女阴道疾病的发生密切相关。鉴定女性阴道菌群结构多样性的特征,有助于了解其在阴道疾病发生和转归中所发挥的作用。目前基于16SrRNA的聚合酶链式反应(PCR)及宏基因组相关技术在微生物群落研究中被广泛运用,这不仅可以帮助人们最大程度地获得阴道菌群的宏基因组信息,还可有效弥补单纯微生物培养法所产生的实验数据不充足等弊端。本文对阴道微生物菌群多样性的研究中应用的宏基因组学技术如基因测序、变性/温度梯度凝胶电泳(DGGE/TGGE)、分子克隆、末端限制性酶切长度多态性(T-RFLP)等进行综述。     

宏基因组技术在开发未培养环境微生物基因资源中的应用

环境微生物宏基因组是一个巨大的基因资源库,但是仅有0.1%～1%的微生物在现有技术条件下是可培养的,因此致使未培养微生物基因资源的开发利用受到限制.宏基因组技术直接提取环境样品总DNA,避开了微生物分离培养的问题,极大扩展了微生物资源的利用空间,增加了获得新生物活性物质的机会.简要介绍了宏基因组的概念及宏基因组克隆技术的基本操作流程和技术要点,重点阐述了目的基因富集、核酸提取、载体和宿主系统选择、宏基因组文库筛选等"瓶颈"技术的研究进展.目的基因富集技术主要包括稳定同位素探针(SIP)、抑制消减杂交(SSH)和差异显示(DD)等.基因文库筛选分为序列依赖性筛选和非序列依赖性筛选,其中序列依赖性筛选包括特定基因PCR、反转录PCR (RT-PCR)、DNA微阵、亲和捕获等技术;非序列依赖性筛选主要指基于基因表达活性筛选和基因"陷阱"技术等.此外,介绍了一些近年来通过构建宏基因组文库筛选目的基因的应用实例.     

微生物生态学研究方法进展

微生物培养及显微技术作为鉴定微生物种群的手段有很大的局限性,因为环境中大多数微生物处于“存活但不能培养”的状态。因此．不依赖于微生物培养的生物化学以及分子生物学方法正被广泛地用于微生物生态学研究。主要介绍了荧光技术。基于PCR的分析技术和PLFA等技术在表征微生物多样性研究中的某些进展。     

微生物组学及其应用研究进展

随着高通量测序技术和生物信息学的发展,尤其是宏基因组在人类肠道微生物鉴定方面的应用,微生物组学应运而生。概述了微生物组的多样性及其在人体健康、农作物生长、畜牧业发展、环境治理、工业生物技术产品生产等方面的应用,并对微生物组学的研究方向和应用前景作了展望。     

文化遗产微生物研究方法进展

文化遗产的生物退化与生物降解问题普遍存在。从方法学的角度回顾了针对不同类型文化遗产微生物病害与防治研究中常用的方法和技术,总结了国内外当前所取得的主要研究进展,提出了该领域研究中未来面临的问题和挑战,并展望了应对策略和今后发展趋势。文化遗产微生物研究方法经历了传统培养、显微镜分析、分子生物学技术、酶活性和代谢产物分析以及快速发展的多组学及生物信息学分析等多个阶段,在微生物多样性、群落特征、生理生态学及其退化机理方面的认识已逐渐深入,以文化遗产保护为目标的病害微生物防治技术不断发展。近年来通过新一代测序和宏基因组学技术获得了文化遗产微生物的诸多重要信息,但其作用机理和影响因素的研究还不够。本综述突出了结合传统与现代方法技术开展研究的重要性,旨在为文化遗产微生物学领域研究提供参考和借鉴。     

微生物的遗传多样性

微生物是生物圈中不可或缺的重要组成部分, 维系着自然界生态平衡。随着分子生物学技术的发展, 微生物遗传多样性的研究从形态学水平、蛋白水平进入到了DNA水平。而高通量测序技术和宏基因组技术的发展, 不仅为我们理解微生物的遗传多样性提供了更加丰富的信息和有力的证据, 也对于合理利用生物资源、保护生态平衡等方面具有重要意义。文章就微生物遗传多样性研究的相关内容, 如物种的分离鉴定、微生物群体遗传结构、物种形成以及系统发育和进化等方面的研究进展进行综述。     

宏基因组学与动物病原微生物检测

宏基因组学（ metagenome）是直接从土壤、海水、人及动物胃肠道、口腔、呼吸道、皮肤等环境中获取样品DNA,利用载体将其克隆到替代宿主细胞中构建宏基因文库,以高通量检测为主要技术来研究特定环境中全部微生物的基因组及筛选活性物质和基因的新兴学科。利用宏基因组学技术不仅能够有效地检测特定环境的微生物群落结构,扩展了微生物资源的利用空间,发展了新兴的高通量检测技术,丰富了生物信息学内容。基于宏基因组学研究方法在环境微生物研究中的优势,对近年来相关领域、方法及其在人及动物病原微生物研究中的应用进行综述,以期将此方法用于实验动物病原微生物的调查分析及动物疫情、生物安全的监测。     

宏基因组与宏基因组学

宏基因组学诞生于上世纪90年代,是指不经过微生物培养阶段,采用直接提取环境中总DNA的方法,对微生物基因总和进行研究的一门新学科.宏基因组技术的出现,使得人们对占微生物总体99%以上不可培养微生物的研究成为现实,微生物基因的可探测空间显著增大.总的来说,目前宏基因组技术的应用主要分为两个方面:一方面是筛选功能基因,开发具有所需功能的蛋白;另一方面是通过对宏基因组文库进行分析,探讨在各种环境下微生物间相互作用和微生物与周围环境间相互影响的规律,以便我们能更加客观、全面地认识微生物世界.在宏基因组技术的应用范围被不断扩展的同时,围绕着宏基因组文库的构建和筛选、测序和分析等方面的研究已成为宏基因组学发展的主要推动力,宏基因组技术的进步将不断提升其应用价值.     

Molecular monitoring of fungal communities in air samples by denaturing high‐performance liquid chromatography (D‐HPLC)

Aims: To describe a new molecular technique for the assessment of fungal diversity in the air. Methods and Results: Air samples were collected every week in a henhouse in France during a 15‐week period. After air sampling, the collecting membrane was diluted, and the liquid was used for subsequent cultivation and molecular analysis: PCR‐temperature temporal gradient electrophoresis (TTGE), which has already been used for the identification of fungal species in air samples and PCR‐denaturing high‐performance liquid chromatography (D‐HPLC), a new technique for the analysis of complex microbial populations. D‐HPLC profiles were reproducible from run‐to‐run, and several fungal organisms could be identified at the species level by sequencing. Conclusions: PCR‐D‐HPLC enabled the identification of fungal species (both Ascomycota and Basidiomycota) that may be encountered in air. The new technique allowed the detection of more fungal species than did the PCR‐TTGE technique. However, some fungal species were detected only by PCR‐TTGE, suggesting that PCR‐D‐HPLC and PCR‐TTGE are complementary. Significance and Impact of the Study: PCR‐D‐HPLC represents a considerable saving in time over currently available procedures for detection and identification of fungal organisms in air. However, the fungal diversity detected by PCR‐D‐HPLC or by PCR‐TTGE was lower than that revealed by culture.     

海洋微生物多样性及其分子生态学研究进展

海洋微生物多样性的深入研究将有助于微生物资源更好的开发和利用,海洋微生物多样性有很大的研究价值和研究空间。海洋中大多数微生物处于未可培养状态,在分子生态学基础上对海洋未可培养微生物进行研究是当今微生物多样性研究的主要方向。近年来相关研究进展迅速,研究方法不断更新。主要从分子生态学角度对微生物多样性研究现状进行概述并详细分析探讨了相关的研究方法,而且从分子生态学与海洋微生物多样性研究相结合的层面,对本领域的研究进行展望。旨在为海洋微生物多样性的研究及海洋资源的可持续开发与利用提供参考。     

两种混合样品策略对揭示杜鹃花根部真菌多样性的影响

由于土壤微生物群落物种组成的高度空间异质性,混合样品(sample pooling)被广泛应用于微生物多样性与群落结构研究。在根部真菌的分子检测中,样品混合策略以及测序的克隆数或序列数均对揭示真菌群落结构的准确性有影响。【目的】为建立一套能快速准确地反映杜鹃花属植物根部真菌的物种组成与群落结构的分子检测技术平台,【方法】本研究采集锈红杜鹃和亮鳞杜鹃多份根系样品分别提取DNA,比较PCR扩增前和扩增后混合策略构建的克隆文库中真菌物种组成的差异。【结果】在2种宿主植物根系中,多份样品在PCR扩增后混合构建的克隆文库检测到的根部真菌物种丰富度、真菌群落的Shannon-Wiener多样性指数均高于扩增前混合的克隆文库。高频度的根部真菌在2种克隆文库中均检测到,但低频度的真菌物种组成在2种克隆文库中完全不同。更重要的是,当采用广泛应用的真菌通用引物ITS1f和ITS4扩增根部真菌ITS序列时,PCR扩增后混合的方法能有效地减轻杜鹃花属植物ITS序列被优先扩增的现象。真菌物种累积曲线显示,当测序的真菌ITS片段克隆数达到50个左右,即能较全面地反映2种杜鹃花根部真菌物种组成。【结论】独立扩增多份根系样品DNA,再将PCR产物混合构建克隆文库的方法能更全面地揭示杜鹃花属植物根部真菌物种丰富度与物种组成。     

New approaches to analyzing microbial biodiversity data

Modern molecular techniques have revealed an extraordinary diversity of microorganisms, most of which are as yet uncharacterized. This poses a major challenge to microbial ecologists: how can one compare the microbial diversity of different environments when the vast majority of microbial taxa are usually unknown? Three statistical approaches developed by ecologists and evolutionary biologists--parametric estimation, nonparametric estimation and community phylogenetics--are proving to be promising tools to meet this challenge. The combination of these tools with molecular biology techniques allow the rigorous estimation and comparison of microbial diversity in different environments.     

植被对土壤微生物群落结构的影响

研究了不同土壤及覆盖其上的植被与土壤微生物群落结构和多样性的关系．植被使土壤中的微生物种类更丰富,群落多样性更高．表层土壤微生物群落中没有明显的优势种群,种间竞争作用较弱．并介绍了研究土壤微生物群落的分子生物学方法．     

The Earth's bounty: assessing and accessing soil microbial diversity.

The study of microbial diversity represents a major opportunity for advances in biology and biotechnology. Recent progress in molecular microbial ecology shows that the extent of microbial diversity in nature is far greater than previously thought. Here, we discuss methods to analyse microorganisms from natural environments without culturing them and new approaches for gaining access to the genetic and chemical resources of these microorganisms.     

Whole genome amplification--applications and advances

The concept of whole genome amplification is something that has arisen in the past few years as the polymerase chain reaction (PCR) has been adapted to replicate regions of genomes that are of biological interest. The applications are many--forensic science, embryonic disease diagnosis, bioterrorism genome detection, "immortalization" of clinical samples, microbial diversity, and genotyping. Several recent papers suggest that whole genomes can be replicated without bias or non-random distribution of the target, these findings open up a new avenue to molecular biology.     

Succession of microbial communities during hot composting as detected by PCR-single-strand-conformation polymorphism-based genetic profiles of small-subunit rRNA genes

A cultivation-independent technique for genetic profiling of PCR-amplified small-subunit rRNA genes (SSU rDNA) was chosen to characterize the diversity and succession of microbial communities during composting of an organic agricultural substrate. PCR amplifications were performed with DNA directly extracted from compost samples and with primers targeting either (i) the V4-V5 region of eubacterial 16S rRNA genes, (ii) the V3 region in the 16S rRNA genes of actinomycetes, or (iii) the V8-V9 region of fungal 18S rRNA genes. Homologous PCR products were converted to single-stranded DNA molecules by exonuclease digestion and were subsequently electrophoretically separated by their single-strand-conformation polymorphism (SSCP). Genetic profiles obtained by this technique showed a succession and increasing diversity of microbial populations with all primers. A total of 19 single products were isolated from the profiles by PCR reamplification and cloning. DNA sequencing of these molecular isolates showed similarities in the range of 92.3 to 100% to known gram-positive bacteria with a low or high G+C DNA content and to the SSU rDNA of gamma-Proteobacteria. The amplified 18S rRNA gene sequences were related to the respective gene regions of Candida krusei and Candida tropicalis. Specific molecular isolates could be attributed to different composting stages. The diversity of cultivated bacteria isolated from samples taken at the end of the composting process was low. A total of 290 isolates were related to only 6 different species. Two or three of these species were also detectable in the SSCP community profiles. Our study indicates that community SSCP profiles can be highly useful for the monitoring of bacterial diversity and community successions in a biotechnologically relevant process.     

口腔微生物多样性研究进展

口腔微生物多样性的改变是口腔常见感染性疾病的发病机制之一,随着分子生物学技术的普遍应用,研究者能够不通过纯培养技术即可对人类口腔不同生态系的微生物组成及变化进行研究。本文综述了当前口腔微生物多样性研究的常用方法及各自的特点,从而为口腔微生物生态方面的进一步深入研究提供参考。     

不同覆土基质微生物结构特征研究及其对双孢蘑菇产量的影响

覆土是影响双孢蘑菇产量、质量和出菇整齐度的重要因子,利用现代分子生态学的方法快速、准确地对不同覆土基质微生物结构特征进行检测,以进一步了解微生物群落与双孢蘑菇相互作用关系。测定了不同覆土的理化特性,应用PCR技术对不同覆土材料提取总DNA,扩增细菌16S rDNA和真菌28S rDNA,运用变性梯度凝胶电泳技术对PCR产物进行分析,研究双孢蘑菇不同覆土基质微生物结构特征。结果表明：不同处理的覆土材料微生物群落的基因具有多样性,其中细菌群落基因多样性存在差异,使用纯泥炭与粉碎稻草处理差异最大,相似性仅为62%;通过真菌28S rDNA变性梯度凝胶电泳结果显示,粉碎稻草处理多样性指数最高,达3.576,但随着泥炭比例的提高,覆土处理中真菌群落的多样性相对减少;栽培试验发现,双孢蘑菇子实体形成量、总产量可能与覆土中的真菌群落多样性呈负相关。