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.     

微生物分子生态学发展历史及研究现状

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。由于功能上高度保守,序列上的不同位置具有不同的变异速率,核糖体RNA（rRNA）是目前在微生物分子生态学上最为有用以及应用最广泛的分子标记,通过rRNA序列比对,可以分析不同分类水平的系统发育关系。元基因组学研究方法通过对环境样品中的各种微生物群落的总的基因组进行分析,充分展示了环境微生物代谢途径,极大地扩展了对微生物的认识。快速发展的高通量测序极大地促进了各项微生物生态学技术的发展,带来了新的突破。     

16S/18S/ITS扩增子高通量测序引物的生物信息学评估和改进

【背景】在过去的十几年里,基于核糖体RNA基因的扩增子测序技术被广泛用于各种生态系统中微生物群落的多样性检测。扩增子测序的使用极大地促进了土壤、水体、空气等环境中微生物生态的相关研究。【目的】随着高通量测序技术的不断发展和参考数据库的不断更新,针对不同的环境样本的引物选择和改进仍然需要更深入的校验。【方法】本文收集了目前在微生物群落研究中被广泛采用的标记基因扩增通用引物,包括16S rRNA基因扩增常用的8对通用引物和2对古菌引物、9对真菌转录间隔区(internal transcribed spacer,ITS)基因扩增引物,以及18S rRNA基因扩增的4对真核微生物通用引物和1对真菌特异性引物。这些引物中包括了地球微生物组计划(Earth Microbiome Project,EMP)推荐的2对16S rRNA基因扩增引物、1对ITS1基因扩增引物和1对18S rRNA基因扩增引物。采用最近更新的标准数据库对这些引物进行了覆盖度和特异性评价。【结果】EMP推荐的引物依然具有较高的覆盖度,而其他引物在覆盖度及对特定环境或类群的特异性上也各有特点。此外,最近有研究对这些通用引物进行了一些改进,而我们也发现,一个碱基的变化都可能会导致评价结果或扩增产物发生明显变化,简并碱基的引入既可以覆盖更多的物种,但同时也会在一定程度上降低关注物种的特异性。【结论】研究结果为微生态研究中标记基因的引物选择提供了一个广泛的指导,但在关注具体科学问题时,引物的选择仍需数据指导与实验尝试。     

人体肠道微生物多样性和功能研究进展

人体肠道中庞大而复杂的微生物群落对人体自身代谢表型有深远的影响.肠道微生物群落在亚种或菌株水平上表现出极大的多样性.利用微生物分子生态学、元基因组学和代谢组学研究方法,发现肠道微生物与宿主表现出共进化的特点,肠道微生物群落及其基因组为宿主提供了互补的遗传和代谢功能,表现出互惠共生关系.但是,肠道微生物群落中影响宿主代谢表型的关键功能菌鉴定及其作用模式问题仍然悬而未决,综合运用多种高通量研究方法和多维数据分析方法可能成为解决这个问题的突破口.     

中国传统酿造食品微生物生态学及其研究策略

中国传统酿造食品的生产通常是在开放度高、周围环境条件粗放、微生物群落结构时空差异显著批次间变化规律类似的微生态环境中进行的.其过程具有生产原料成分多样、参与的微生物种类多、代谢反应复杂、工艺繁复以及产品组分复杂等特征,从而导致科学阐释其过程代谢机理存在着巨大的挑战.基因组学、转录组学等组学技术以及基于现代检测技术的代谢组学方法的发展和应用,为应用微生态学方法研究其过程的微生物群落结构与功能、群落内部以及与环境的交互作用规律提供了有力的支撑.本文结合本研究团队前期研究工作,综述了近年来传统酿造食品微生物生态学的研究进展,从系统解析酿造微生物群落结构与代谢功能入手,解析微生物群落及个体功能并实现理性调控的传统酿造微生物群落研究策略,包括把握微生物群落三个要素:结构、功能、调控;解析好两个互动:酿造群落内的交互作用,群落与外部环境的交互作用;抓住一个关键:群落中的关键核心功能微生物(群).在上述基础上努力实现传统食品酿造过程中的微生物功能可控、酿造过程可控和产品品质可控的三个目标.     

元蛋白质组分析——研究微生物生态功能的新途径

随着对微生物纯化培养和元基因组学研究的不断深入,积累了大量的微生物基因组信息,元蛋白组分析将促进我们对基因组功能的理解。目前,对微生物群落的元蛋白质组(metaproteome)的研究已成为后基因组时代进一步认识微生物生态功能的有效途径。对这一新技术的介绍结合元蛋白质组的提取和鉴定方法、元蛋白质组在研究微生物生态功能上的应用进行了综述,并对这一新的研究领域所面临的困难与挑战进行了讨论。     

环境微生物群落结构与功能多样性研究方法

微生物群落的结构及群落内种间相互作用是影响其生态功能的决定性因素。尽管微生物群落是地球生物化学循环的主要驱动者,但是由于传统的微生物培养方法只能分离约1%10%的环境微生物,对复杂的环境微生物群落结构和功能多样性了解甚少。元基因组学、单细胞分析和群落遗传学等方法的出现,及其与微生物学的交叉融合,使得人们能够从微生物群落组成、物种功能、种间相互作用和预测模型等方面分析微生物群落。重点综述了元基因组学、单细胞分析和群落遗传学等方法及其在环境微生物群落结构和功能多样性中的应用进展。     

酱香型白酒发酵过程中核心酵母的鉴别及其功能

【背景】酵母是酱香型白酒发酵过程中最重要的微生物,但酵母群落中核心酵母的种类和功能尚不清晰。【目的】通过探索酱香型白酒发酵微生物群落中核心酵母的种类和功能,为揭示酱香型白酒酿造机制以及提升白酒品质提供理论支撑。【方法】联合使用未培养(内转录间隔区扩增子和宏转录组高通量测序技术)和可培养(菌种筛选和模拟发酵实验)技术对酱香型白酒发酵过程中核心酵母的结构和功能进行定性和定量分析。【结果】内转录间隔区扩增子和宏转录组测序结果显示,酱香型白酒发酵过程中涉及10个属的酵母微生物,其中在发酵过程中平均相对丰度大于0.2%的酵母有13种,有2种核心酵母分别为库德威兹氏毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)和粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)。在发酵过程中,P. kudriavzevii占总量的89%以上,Schi. pombe表达了占总量21%以上的功能基因。模拟发酵实验结果显示P. kudriavzevii在酵母群落中发挥耐受乳酸积累的作用,而Schi. pombe在酵母群落中发挥耐受乙醇积累的作用,这两种作用保证了酱香型白酒发酵过程中酵母群落的结构和功能的稳定性。【结论】P. kudriavzevii和Schi. pombe是酱香型白酒发酵过程中的优势酵母,这两种酵母在生产中发挥了各自不同的作用。本研究进一步加深了核心酵母对于整个生产过程贡献的认识,有助于研究者认识到白酒发酵过程中对核心微生物进行调控的重要性。     

元基因组学及其在转化医学中的应用

微生物群落遍布于人体的每个角落,与人共生并对人体健康产生重要和深刻的影响。与人类共生的全部微生物的基因组总和称为“元基因组”或“人类第二基因组”。研究人体微生物群落及相关元基因组数据,对转化医学领域的基础研究和临床应用具有重要的价值。通过对生物医学相关的高通量元基因组数据进行分析,不仅能为基础医学研究向医学临床应用转化提供新思路和新方法,而且具有广阔的应用前景。基于新一代测序技术产生的数据,元基因组分析技术和方法能够弥补以往人体微生物先培养后鉴定方法的缺陷,同时能有效鉴定和分析微生物群落的组成及功能,从而进一步探究和揭示微生物群落与机体生理状态之间的关系,为解决许多医学领域的难题提供了全新的切入角度和思维方法。文章系统介绍了元基因组研究的现状,包括元基因组的方法概念和研究进展,并以元基因组在医学研究中的应用为着眼点,综述了元基因组在转化医学方面的研究进展,进一步阐述了元基因组研究在转化医学应用领域中具有的重要地位。     

蕲州地区的蕲艾、青蒿、黄花蒿与茵陈的考订

<正> 蕲州是我国中药材主要产地之一,是湖北省蕲春县的一个集镇,,是我国中医药大师李时珍的家乡。该地区生长的菊科蒿属植物Artemisia Linn。颇多,其中入药的有十余种,并在李时珍《本草纲目》中曾有记载。这里仅对该地区常见入药的蕲艾、青蒿、黄花蒿与茵陈结合《本草纲目》记载的材料作初步的考订。     

Chinchilla "big" and "little" gastrins

Gastrin heptadecapeptides (gastrins I and II which differ in the presence of sulfate on the tyrosine of the latter) have been purified and sequenced from several mammalian species including pig, dog, cat, sheep, cow, human and rat. A 34 amino acid precursor ("big" gastrin), generally accounting for only 5% of total gastrin immunoreactivity, has been purified and sequenced only from the pig, human, dog and goat. Recently we have demonstrated that guinea pig (GP) "little" gastrin is a hexadecapeptide due to a deletion of a glutamic acid in the region 6-9 from its NH2-terminus and that GP "big" gastrin is a 33 amino acid peptide. The chinchilla, like the GP, is a New World hystricomorph. This report describes the extraction and purification of "little" and "big" gastrins from 31 chinchilla antra. Chinchilla "little" gastrin is a hexadecapeptide with a sequence identical to that of the GP and its "big" gastrin is a 33 amino acid peptide with the following sequence: (See text)