茶园土壤微生物总DNA不同提取方法的比较

传统的微生物分离培养方法,在反映茶园土壤微生物基因信息上有很大的局限性,因此,目前逐步被分子生态学的方法替代,而获得高质量、大片段、无偏好的土壤微生物总DNA则是茶园土壤微生物分子生态学研究的基础.本文采用SDS高盐法、变性剂加SDS高盐法、脱腐SDS高盐法、CTAB法和Krsek改进法5种土壤微生物DNA提取方法分别从茶园土壤微生物中提取总DNA,并对5种方法提取的DNA的片段大小、质量和产量进行了综合评价.结果表明,Krsek改进法提取到的DNA片段最大(>23 kb)、纯度最高(OD260/OD280>1.70;OD260/OD230>1.35)、产量较高(>34.50μg/g dry soil)且不需纯化就可以用于PCR扩增和RFLP分析.因此,Krsek改进法是一种高效、可靠且适合于茶园土壤微生物分子生态学研究的DNA提取方法.     

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。     

宏基因组学挖掘新型生物催化剂的研究进展

微生物蕴藏着大量具有工业应用潜力的生物催化剂。然而,传统培养方法只能从环境中获得不到1%的微生物。宏基因组学是通过提取某一特定环境中的所有微生物基因组DNA、构建基因组文库并对文库进行筛选,寻找和发现新的功能基因的一种方法。它绕过了微生物分离培养过程,成为研究环境样品中不可培养微生物的有力手段。因此,从宏基因组中挖掘新型生物催化剂一直倍受生物学家的关注。以下主要对宏基因组文库的样品来源、DNA提取方法、文库的构建和筛选策略的选择这4个方面的研究状况进行了综述,列举了近年来利用宏基因组技术所获得的新型生物催化剂,并对其今后的研究方向提出了展望。     

宏基因组学的研究方法进展及应用概述

宏基因组学是以某一特定环境样品中的微生物群体基因组为研究对象,通过提取DNA、构建文库、文库筛选等基本流程来研究微生物多样性、进化关系以及寻找新基因等为研究目的的新的微生物学研究方法,其总体流程包括环境样品总DNA提取、宏基因组文库构建、宏基因组文库筛选三个阶段。宏基因组学做为一个崭新的技术在微生物生态学、生物酶制剂开发以及医学等方面都取得了可喜的成绩。本文将就宏基因组学的概念、技术流程和应用三个方面作简单介绍。     

土壤微生物总DNA提取方法的优化

【目的】土壤中未培养微生物约占总量的99%,这就意味着绝大多数微生物资源还未得到开发和利用。本研究通过优化土壤微生物总DNA的提取方法,获得较高质量的DNA,为后期研究土壤微生物的多样性及构建大插入片段的宏基因组文库奠定基础。【方法】通过综合比较已报道的微生物DNA提取方法的优缺点,我们设计出一种新的提取方案。对提取过程中的几个关键步骤进行了优化,包括联合使用SDS-CTAB和溶菌酶一起来破细胞,利用氯仿除蛋白,使用PVPP柱纯化DNA等。比较分析了优化后的方法和3种已报道方法所获得的土壤总DNA的产量、纯度及片段大小。【结果】优化后的方法所获得的土壤DNA质量明显有所提高:每克土壤最高能提取95μg DNA,A260/A280和A260/A230比值更接近理想水平,PCR扩增能够得到明显的目标条带,DNA片段最大能达到100 kb左右。【结论】通过比较分析,最终确立了一种较理想的土壤微生物总DNA提取方法,为更好地开发利用土壤未培养微生物资源提供了有力工具。     

温室黄瓜根结线虫发生地土壤微生物宏基因组文库的构建及其一个杀线虫蛋白酶基因的筛选

【目的】本研究旨在通过非培养手段构建和筛选宏基因组文库,以求找到新型的杀线虫蛋白酶基因。【方法】采用密度梯度离心法提取和纯化温室土壤微生物总DNA,经平末端、连接、包装、转染后,构建宏基因组Fosmid文库,同时,以脱脂奶为底物,以根结线虫为靶标,对文库进行功能初筛。【结果】该文库库容31008个克隆,平均插入片段36.5kb,包含1.13Gbp的微生物基因组信息,适合大规模的微生物功能基因筛选,通过功能初筛,筛选到1个含杀线虫蛋白酶基因的Fosmid克隆(pro12)。进一步构建和筛选出亚克隆(espro124a5),通过对基因结构进行了初步分析发现:espro124a5是一种分泌型胞外蛋白酶,与来自于Maricaulis maris MCS10(accession no.YP_756822at NCBI)的丝氨酸蛋白酶S15仅有45%的同源性,是一种新型的丝氨酸蛋白酶,有其保守的催化三元组:Asp469、His541和Ser348。【结论】密度梯度离心法提取到的DNA纯度高、片段长,完全能满足构建宏基因组Fosmid文库的要求;同时,构建的宏基因组Fosmid文库库容大,有利于我们从中筛选其他的微生物基因资源。     

宏基因组学在胃肠道微生物研究中的应用

动物胃肠道中普遍存在大量共生微生物群,对于它们的研究一直受制于纯培养技术。随着分子生物学的快速发展及其在微生物学及生态学上的应用,针对未培养微生物研究的一门新型学科——宏基因组技术应运而生并迅速发展。通过提取胃肠道粘膜表面以及内容物中微生物DNA,构建总DNA文库的方法,利用基因组学的研究策略,来研究胃肠道中微生物遗传组成及群落功能。宏基因组技术在胃肠道微生物研究中广泛的应用,对于医学、生态学、生物能源利用等领域的研究具有重大的价值。     

堆肥宏基因组柯斯质粒文库的构建和DNA提取技术的改进

堆肥环境中高浓度腐殖酸的存在阻碍了对这个环境中的未培养微生物的宏基因组研究。我们提出了一个确实可行的提取堆肥环境DNA的方法, 这个方法通过使用Sephadex G200＋酸洗PVPP层析柱与电洗脱两步纯化的方法成功地纯化堆肥环境来源的DNA, 用这个DNA成功构建了一个包含约10万个克隆的柯斯质粒文库。从这个文库中筛选到一个新的β-葡萄糖苷酶基因。针对文库低的阳性筛选率问题, 利用分子技术研究了不同的分离速度对提取到的总DNA中真核生物DNA量的影响, 以减少文库中真核生物DNA的污染。     

临床宏基因组学应用现状及存在问题分析

众所周知,宏基因组学是一种通过提取样品中微生物的总DNA,构建宏基因组文库,研究环境中全部微生物的遗传组成及其菌落功能的方法.而宏基因组新一代测序(metagenome next-generation sequencing,mNGS)是在宏基因组学基础上进一步发展起来的新一代测序技术,无需对患者标本进行培养,直接分析标...     

宏基因组学研究进展

不可培养微生物占据微生物总数的99%以上, 这己成为微生物资源开发利用的一个限制性因素。宏基因组学是通过提取某一环境中的所有微生物基因组DNA、构建基因组文库及对文库进行筛选寻找和发现新的功能基因及活性代谢产物的一种方法。它避开了微生物分离培养的过程, 极大地扩展了微生物资源的利用空间, 是现代基因工程一个新的发展方向和研究热点。本文主要对宏基因组的DNA提取方法、文库的构建、筛选策略的选择及近年来宏基因组学在各领域中的应用研究现状进行了综述。     

用于微生物多样性分析的棉田土壤总DNA的提取

目的：探讨适用于微生物多样性研究的棉田土壤微生物总DNA提取方法。方法：采用4种方法提取不同连作和轮作处理的棉田土壤微生物总DNA,比较其纯度、产率、片段大小,并应用ARDRA技术验证其质量。结果：其中3种方法均可获得23kb的DNA片段,但不同方法提取的DNA的产率和纯度上有明显差异。改良CTAB-SDS法提取的DNA完整性好,得率为24.20μg.g-1干土,纯化后A260/A280和A260/A230为分别为1.80和1.70,纯化回收率可达70.1%,完全适用于后续的PCR分析。结论：采用该法提取棉田土壤总DNA简便而高效。对该法提取获得的棉田土壤微生物总DNA进行ARDRA和DGGE分析,所得图谱能较全面地反映不同处理间微生物多样性及群落结构的差别,为不同栽培体系下棉田土壤微生物的分子生态学研究提供了基础。     

狮子头热泉菌席样品环境总DNA提取方法的比较研究

通过对狮子头热泉7个环境菌席样品所提取的总DNA进行纯度检测、提取得率计算和DGGE分析,比较了3种直接和1种间接DNA提取方法。结果表明：综合利用多种裂解方式比单一裂解方式更能充分释放环境DNA;其中3种方法获得的DNA片段能够进行后续16S rDNA扩增;针对同一样品,不同方法提取的环境DNA,可获得不同DGGE群落指纹图谱;间接提取法提取的总DNA,能更好地反映狮子头热泉菌席的微生物多样性。     

极端干旱区防护林地土壤微生物多样性

土壤微生物在森林土壤中有重要功能.采用传统培养、脂肪酸鉴定和PCR-DGGE 3种方法分别研究了塔里木沙漠公路防护林地土壤微生物数量、脂肪酸种类和细菌DNA片段的多样性,从微生物学角度为塔里木沙漠公路防护林的管理提供理论依据.结果表明,塔里木沙漠公路防护林的建设促进了风沙土土壤微生物的发育,随着防护林定植年限的增加,土壤微生物数量、脂肪酸和细菌DNA片段的多样性指数明显增大;土壤微生物区系组成中,细菌是优势类群,占微生物总数80%以上,而真菌很少,不到微生物总数1%,但在不同土层间有所差异;传统培养法与现代生物标记和分子生物学方法对塔里木沙漠公路防护林地土壤微生物多样性的研究结果基本一致,说明塔里木沙漠公路防护林的建设使林地土壤生物活性有所增强,有利于林地土壤养分循环与利用.     

风沙土微生物总DNA不同提取和纯化方法比较

为筛选和建立风沙土中总DNA的提取和纯化方法,选取了5种直接提取法、1种间接提取法和2种纯化法分别对风沙土中总DNA进行了提取和纯化,并对其质量和产量进行了比较.结果表明：6种方法均可从风沙土中提取到大小为23 kb左右的总DNA,其中改进后的高盐提取法（用40%聚乙二醇8000和4 mol·L^-1 NaCl沉淀DNA）效果最好,纯化后总DNA的纯度最高,可进行16S rDNA的PCR扩增,且产量仅稍低于试剂盒提取法;电泳加柱回收纯化法的纯化效果较好,经该方法纯化后的总DNA大部分可进行PCR扩增,可满足后续分子操作对DNA纯度的要求.     

PCR-DGGE技术在农田土壤微生物多样性研究中的应用

变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)在微生物生态学领域有着广泛的应用。研究采用化学裂解法直接提取出不同农田土壤微生物基因组DNA,并以此基因组DNA为模板,选择特异性引物F357GC和R515对16S rRNA基因的V3区进行扩增,长约230bp的PCR产物经变性梯度凝胶电泳(DGGE)进行分离后,得到不同数目且分离效果较好的电泳条带。结果说明,DGGE能够对土壤样品中的不同微生物的16S rRNA基因的V3区的DNA扩增片断进行分离,为这些DNA片断的定性和鉴定提供了条件。与传统的平板培养方法相比,变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术能够更精确的反映出土壤微生物多样性,它是一种有效的微生物多样性研究技术。     

Efficiency of DNA extraction methods on the evaluation of soil microeukaryotic diversity

The evaluation of microbial molecular diversity has been mainly based on the extraction of total DNA from environmental samples. The indirect extraction methods, which have been used for prokaryotes, have never been used to recover soil microeukaryotic DNA. We evaluated the efficiency of an improved indirect DNA extraction protocol developed herein and the direct lysis (the sodium dodecyl sulfate (SDS)-based method and commercial DNA extraction kit) on estimating the molecular diversity of soil microbial eukaryotes. DNA quality and quantity as well as denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) profiles were determined using three soil samples from different stations. The indirect method detected the highest DGGE bands in spite of the low DNA yield. The commercial kit detected a lower number of DGGE bands than the indirect method. The SDS-based method produced the lowest DGGE bands and DNA purity but the highest yield. Using the indirect method, we further evaluated the effect of freezing and air-dried preservations on estimating the microeukaryotic diversity. In spite of the low DNA yield obtained from the air-dried preservation, no significant differences were found in either the number of DGGE bands or the DNA purity between two manners. Our results indicate that the improved indirect method could obtain a high purity of intracellular DNA and high efficiency in the estimation of molecular diversity of soil microbial eukaryotes.     

Effects of continuous cucumber cropping and alternative rotations under protected cultivation on soil microbial community diversity

The diversity of soil microbial communities as affected by continuous cucumber cropping and alternative rotations under protected cultivation were evaluated using community level physiological profiles (CLPP) and random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis. The soils were selected from six cucumber cropping systems, which cover two cropping practices (rotation and continuous cropping) and a wide spectrum for cucumber cropping history under protected cultivation. Shannon–Weaver index and multivariate analysis were performed to characterize variations in soil microbial communities. Both CLPP and RAPD techniques demonstrated that cropping systems and plastic-greenhouse cultivation could considerably affect soil microbial functional diversity and DNA sequence diversity. The open-field soil had the highest Shannon–Weaver index (3.27 for CLPP and 1.50 for RAPD), whereas the lowest value occurred in the 7-year continuous protected cultivation soil (3.27 for CLPP and 1.50 for RAPD). The results demonstrated that continuous plastic-greenhouse cultivation and management can cause the reduction in the species diversity of the biota. Higher Shannon–Weaver index and coefficients of DNA sequence similarity were found in soils under rotation than those under continuous cropping. Cluster analysis also indicated that microbial community profiles of continuous cultivation soils were different from profiles of rotation soils. The reduction in diversity of microbial communities found in continuous cultivation soils as compared with rotation soils might be due to the differences in the quantity, quality and distribution of soil organic matter. Section Editor: D. E. Crowley     

Small-Scale DNA Sample Preparation Method for Field PCR Detection of Microbial Cells and Spores in Soil

Efficient, nonselective methods to obtain DNA from the environment are needed for rapid and thorough analysis of introduced microorganisms in environmental samples and for analysis of microbial community diversity in soil. A small-scale procedure to rapidly extract and purify DNA from soils was developed for in-the-field use. Amounts of DNA released from bacterial vegetative cells, bacterial endospores, and fungal conidia were compared by using hot-detergent treatment, freeze-thaw cycles, and bead mill homogenization. Combining a hot-detergent treatment with bead mill homogenization gave the highest DNA yields from all three microbial cell types and provided DNA from the broadest range of microbial groups in a natural soil community. Only the bead mill homogenization step was effective for DNA extraction from Bacillus globigii (B. subtilis subsp. niger) endospores or Fusarium moniliforme conidia. The hot-detergent–bead mill procedure was simplified and miniaturized. By using this procedure and small-scale, field-adapted purification and quantification procedures, DNA was prepared from four different soils seeded with Pseudomonas putida cells or B. globigii spores. In a New Mexico soil, seeded bacterial targets were detected with the same sensitivity as when assaying pure bacterial DNA (2 to 20 target gene copies in a PCR mixture). The detection limit of P. putida cells and B. globigii spores in different soils was affected by the amount of background DNA in the soil samples, the physical condition of the DNA, and the amount of DNA template used in the PCR.     

湿地土壤微生物DNA提取及其脱腐技术

DNA分子生物学技术的广泛应用,为全面了解微生物群落提供了有力的工具。本文建立了一种新的从湿地土壤中提取微生物总DNA的方法,即氯化钙-SDS-酶法。在直接提取DNA过程中采用氯化钙去除腐殖酸,DNA提取缓冲液中不使用EDTA螯合剂,提取过程用时4h左右。与其他两种方法相比,该方法高效去除湿地土壤腐殖酸,纯度较高,满足PCR扩增,为微生物生态学研究提供了一种高效的湿地土壤微生物总DNA提取和纯化技术。