宏基因组学技术在微生物功能酶开发中的应用

宏基因组学技术以特定环境样品中微生物复杂群落的基因组总和为研究对象,突破了传统微生物纯培养方法的局限,为不可培养微生物中丰富的基因资源的开发和利用提供了强有力的工具,已经取得了令人瞩目的研究进展。对宏基因组学技术及其在微生物功能酶新基因发现中的应用进行综述。     

海洋宏基因组学研究进展

宏基因组学作为研究微生物种群生态分布、群体遗传特征和基因相互作用的新兴学科,在未培养微生物资源的开发利用上取得了突破性进展,已成为海洋等极端环境中分离与鉴定新型工业酶制剂的有效工具。综述海洋宏基因组学研究进展,以及宏基因组学领域中如新一代测序技术等,以期为从海洋环境中开发具有工业潜力和应用价值的新型生物催化剂提供参考。     

宏基因组学技术的研究与挑战

宏基因组学研究作为研究微生物种群生态分布、群体遗传特征和基因相互作用的新兴学科领域,在很大程度上促进了环境微生物资源,特别是未培养微生物资源的开发利用,在土壤、海洋、人体医学、药物等各个领域的应用中取得了突破性的进展,为发现新的生物活性物质提供了新的有效途径。就宏基因组学研究进展进行综述,并重点介绍了宏基因组学研究中的机遇及挑战。     

未培养微生物的研究与微生物分子生态学的发展*

近年来现代分子技术和基因组学逐渐渗透到有关生命科学的整个领域,也为微生物生态学提供了新的研究方法和机遇。16S rRNA基因序列分析、DNA-DNA杂交、核酸指纹图谱以及宏基因组学等分子技术检查自然环境中的微生物,可以克服传统纯培养技术的不足,是一条探知未培养微生物、寻找新基因及其产物的新途径,开启了我们认识微生物多样性和获得新资源的大门。     

宏基因组学:土壤微生物研究的新策略

土壤中多数微生物不可培养,这限制了微生物资源的开发利用。宏基因组学方法在开发和利用不可培养微生物资源方面有巨大潜力,可以将其运用到土壤微生物学研究中。对土壤宏基因组DNA的提取、宏基因组文库的构建和筛选等方面的研究现状和进展进行了简要综述。     

宏基因组学在微生物活性物质筛选中的应用

采用传统分离培养筛选微生物新活性物质的方法受到很大制约,自然界99%以上的微生物不能培养,其资源开发受到很大限制。环境微生物宏基因组技术应用避开了微生物分离纯培养问题,极大拓展了微生物资源的利用空间,增加获得新活性物质的机会和途径。本文着重介绍宏基因组的概念、研究策略包括DNA提取、文库构建与筛选等及在微生物活性物质筛选中的应用,并对宏基因组研究中存在的问题进行探讨。     

海绵宏基因组文库构建及抗菌肽功能基因的初步筛选

宏基因组文库技术是利用未培养微生物基因资源的有效途径。成功构建澳大利亚厚皮海绵的Fosmid宏基因组文库,插入片段平均大小为36.8kb。利用建立的宏基因组文库,采用PCR技术初步筛选到具有编码抗菌肽的功能基因。这是我国首次尝试构建海绵宏基因组文库,对于今后开发利用海绵丰富的基因资源具有重要的意义。     

真菌多样性研究方法进展

真菌广泛存在于自然界,在生态系统中发挥着重要的作用.随着分子生物学技术在微生物多样性研究中的广泛应用以及宏基因组学技术的出现,打破了传统微生物培养法的局限性,人们对于真菌多样性的认识日渐提高.该文主要综述了研究真菌多样性方法的主要发展历程,介绍几种有关真菌多样性研究常用的分子生物学方法,包括基于PCR的克隆文库方法、变性梯度凝胶电泳、末端限制性长度多态性、实时荧光定量PCR、荧光原位杂交、序列标签标记的高通量测序以及宏基因组技术,并且阐述宏基因组学技术在此领域蕴含的巨大发展潜力.     

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.     

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。     

Metagenomics-based drug discovery and marine microbial diversity

As the global threat of drug-resistant pathogens continues to rise, new strategies and resources are required to accelerate and advance the drug discovery process. We believe that rapid progress in metagenomics has opened up a new era in the study of marine microbial diversity that enables direct access to the genomes of numerous uncultivable microorganisms. This review outlines recent developments and future trends in metagenomics-based drug discovery in marine microbial communities and their associated chemical prosperity.     

我国海洋细菌新物种鉴定与资源研发进展

近年来国际上对海洋微生物资源的发掘方兴未艾。本文综述了2000年以来我国在海洋细菌新物种鉴定与资源研发方面的进展,统计分析了国内相关单位海洋细菌新物种鉴定发表的数量及多样性,介绍了国内相关科研机构在海洋细菌系统学方面的工作进展,以及国内海洋微生物资源保藏与开发现状。比较了世界范围内海洋细菌系统学研究进展,并探讨了海洋细菌分离培养的主要方法,最后小结了我国海洋细菌资源研究领域存在的问题及未来发展的前景,为其进一步研发利用提供参考。     

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。     

水圈微生物：推动地球重要元素循环的隐形巨人

正生活在水圈环境中的微生物数量巨大、遗传与代谢方式极为多样,它们驱动着地球上重要元素的循环。水圈微生物研究已经成为生命科学与地球科学的研究热点。国家自然科学基金委员会于2017年启动了"水圈微生物驱动地球元素循环的机制"重大研究计划(简称"水圈微生物"计划)。"水圈微生物"计划拟选择典型水圈生境,通过多学科交叉研究,借助新技术、新方法,揭示水圈微生物在物种、群落和生态水平驱动碳氮硫循环的机制及其环境响应,     

单细胞稳定同位素标记技术在固氮微生物中的应用研究

生物固氮是指固氮微生物将大气中氮气还原为生物可利用氨的过程,是环境中新氮的主要来源,调控初级生产力并影响氮储库的收支平衡。由于环境中大部分固氮微生物不可纯培养,不依赖培养且具有高空间分辨率水平的单细胞技术,成为研究固氮微生物的有力手段。~(15)N_2稳定同位素标记技术,以微生物对~(15)N的同化量或速率为依据,是表征微生物固氮活性的最直接手段。本文对~(15)N_2稳定同位素标记结合两种单细胞技术,即纳米二次离子质谱(Nano SIMS)和单细胞拉曼光谱,用于固氮微生物研究的最新进展进行了综述,内容包括揭示环境中高活性固氮微生物、空间分布、与其他生物的共生关系、细胞生理状态等,并进一步对近期发展的基于单细胞拉曼光谱的固氮微生物研究进行了展望。     

海洋古菌多样性研究进展

海洋古菌是海洋微生物中的一个大的类群,然而绝大多数的古菌不能分离培养.近年来分子生物学的方法广泛地应用于微生物多样性的研究中,研究发现,海洋古菌广泛地生活在各类海域环境中,而不仅仅是生活在极端的环境中.海洋古菌为海洋生态系统中主要的原核细胞成分,在海洋生态系统中的物质与能量循环中扮演着重要角色.主要阐述了生活在海洋不同环境中海洋古菌的多样性,有海洋浮游古菌的多样性、海底环境及海洋沉积物中古菌的多样性、附着或寄共生古菌多样性等的研究状况,以及研究海洋古菌多样性的分子生物学的主要方法.     

海洋微生物群体感应与群体感应淬灭的开发利用

群体感应与感应淬灭在微生物中普遍存在,群体感应通过调控基因表达赋予细菌有益或有害的特性,这些特性与人类健康、农业及水产养殖等领域密切相关。群体感应现象首先发现于海洋环境,近几年海洋采样等相关技术的发展,极大促进了海洋微生物的群体感应与淬灭研究的快速发展。本文对细菌及典型真菌的群体感应作用机制、信号分子的多样性以及其与细菌致病性的相关性进行了阐述,对群体感应淬灭的机制与意义、淬灭因子多样性以及相关酶资源的发掘也进行了分析和展望。     

Microbial diversity in tropical marine sediments assessed using culture-dependent and culture-independent techniques

The microbial communities associated with marine sediments are critical for ecosystem function yet remain poorly characterized. While culture-independent (CI) techniques capture the broadest perspective on community composition, culture-dependent (CD) methods can select for low abundance taxa that are missed using CI approaches. This study aimed to assess microbial diversity in tropical marine sediments at five shallow-water sites in Belize using both CD and CI techniques. The CD methods captured approximately 3% of the >800 genera detected across all sites using the CI approach. Additionally, 39 genera were only detected in culture, revealing rare taxa that were missed with the CI approach. Significantly different communities were detected across sites, with rare taxa playing an important role in distinguishing among communities. This study provides important baseline data describing shallow-water sediment microbial communities, evidence that standard cultivation techniques may be more effective than previously recognized, and the first steps towards identifying new taxa that are amenable to agar plate cultivation.     

Diversity and biogeography of marine actinobacteria

The actinomycetes, although not all the Actinobacteria, are easy to isolate from the marine environment. However, their ecological role in the marine ecosystem is largely neglected and various assumptions meant there was little incentive to isolate strains for search and discovery of new drugs. However, the marine environment has become a prime resource in search and discovery for novel natural products and biological diversity, and marine actinomycetes turn out to be important contributors. Similarly, striking advances have been made in marine microbial ecology using molecular techniques and metagenomics, and actinobacteria emerge as an often significant, sometimes even dominant, environmental clade. Both approaches - cultivation methods and molecular techniques - are leading to new insights into marine actinobacterial biodiversity and biogeography. Very different views of actinobacterial diversity emerge from these, however, and the true extent and biogeography of this are still not clear. These are important for developing natural product search and discovery strategies, and biogeography is a hot topic for microbial ecologists.