T_RFLP技术及其在微生物群落结构研究中的应用_罗佳捷
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中国农业大学学报 2009,14(4):1-9Journal o f China A g ricultur al U niv ersity末端限制性片段长度多态性技术(T -RFLP)在微生物群体分析上的应用与技术优化李献梅 王小芬 崔宗均*(中国农业大学农学与生物技术学院/中国农业大学生物质工程中心,北京100193)摘 要 末端限制性片段长度多态性技术(T-RFL P)是以荧光标记引物P CR 为基础,根据末端限制性片段长度区分出微生物群体组成的一种微生物群体图谱法。
本文综述了该方法在群体微生物分析上的应用及DN A 提取、PCR 扩增、酶切和数据分析等步骤的技巧与优化,总结了科学应用该技术的要求以及和多重PCR 、gy r B 基因等相结合的观点。
关键词 T -RF LP ;微生物群体;图谱分析;PCR;克隆中图分类号 Q 936 文章编号 1007-4333(2009)04-0001-09 文献标志码 A收稿日期:2008-10-27基金项目:国家/十一五0科技支撑计划(2006BAD07A 01;2006BA D25B04)第一作者:李献梅,博士研究生,E -mail:staro fchina@g 通讯作者:崔宗均,教授,主要从事生物质资源利用与微生物生态研究,E -mail:acuizj@Applications and optimizations of T -RFLP in fingerprintingenvironm ental microbial populationsLI Xian -mei,WANG Xiao -fen ,CUI Zong -jun *(College of Agronomy and Biotechnology/Center of Biomas s Engineeri ng,Chi na Agricul tural U nivers i ty,Bei jing,100193,China)Abstract Terminal re stric tio n fra gment leng th polymorphis m (T -RFLP)is one o f micro bia l popula tio n fing erprinting me tho ds tha t is ba sed o n labele d primers -PCR to ide ntify microbial co mposition a ccording to diffe re nt terminal re stric tio n frag me nt leng ths.The applic ations and te chnica l o ptimizations we re o ve rv iew ed o f T -RFLP thro ugh the pro cedures of DNA preparation,PCR,enzyme dig estion and da ta analysis.The sc ientific applic ation re quire me nts and new view s of combination with multiple -PCR o r g yr B g e ne we re dra wn.Key words T -RFLP;microbial po pulation;fing erprinting ana lysis;PCR;clone libra ry当前环境微生物组成及生态研究已经成为微生物领域的一大热点[1]。
T-RFLP简介
T-RFLP中文可翻译为:末端限制性片段长度多样性,又可以称为16sRNA基因的末端限制性片段分析技术。
是一种新兴的研究微生物多态性的分子生物学方法,日亦受到研究人员的重视。
该技术已经成功应用于各种微生物群落的分析比较、研究微生物群落多样性及结构特征等多方面。
T-RFLP的技术原理是根据的保守区设计通用引物,其中一个引物的5‘末端用荧光
物质标记,常用荧光物质有HEX,TET,6-FAM等。
提取待分析样的中DNA,以他为模板进行PCR扩张,所得到的PCR产物的一段就带有这种荧光标记,然后PCR产物有合适
的限制性内切酶进行消化,一般选用酶切位点为4bp的限制性内切酶。
由于在不同
细菌的扩增片段内存在核苷酸序列的差异,酶切位点就会存在差异,酶切后就会产生很多不同长度的限制性片段。
消化产物用自动测序仪进行测定,只有末端带有荧光性标记的片段能被检测到。
因为不同长度的末端限制性片段必然代表不同的细菌,通过检测这些末端标记的片段就可以反应微生物群落组成情况。
这种方法还可以进行定量分析,在基因扫描图谱上,每个峰面积占总峰面积的百分数代表这个末端限制性片段的相对数量,即末端限制性片段的数量越大其所对应的面积越大。
T-RFLP快速分析慢性腹泻患者肠道菌群及其应用研究詹銮峰;高鹏;张卓然;周长江;徐维家;解范迪;范艳萍;于卫健【期刊名称】《医学研究杂志》【年(卷),期】2005(034)010【摘要】目的建立快速检测分析人体肠道菌群的方法,协助慢性腹泻病原学诊断.方法上游引物的5′端用6-FAM进行荧光标记,PCR反应结束后选择适当的限制性内切酶酶切消化,在测序仪上通过毛细管电泳即可检测5′末端荧光标记的限制性片段.利用不同细菌产生的不同峰谱达到快速对细菌定性、定量的目的.对30例慢性腹泻患者和22例健康人进行肠道菌群分析,从而探讨菌群变化情况.结果该法能够对人体肠道菌群进行定性和定量分析,30例腹泻患者均发现肠道菌群紊乱.结论该法快速、特异、敏感.一个样品中能同时检测多种细菌,是一种很有希望的新技术.【总页数】4页(P27-30)【作者】詹銮峰;高鹏;张卓然;周长江;徐维家;解范迪;范艳萍;于卫健【作者单位】福建省疾病预防控制中心;中国科学院大连化学物理研究;辽宁省大连医科大学微生物学教研室,116027;大连大学附属医院;大连市中心医院检验中心;大连大学附属医院;大连市中心医院检验中心;大连市血液中心【正文语种】中文【中图分类】R5【相关文献】1.急慢性腹泻患者肠道菌群的改变 [J], 宗晔;赵海英;梁晓梅;张澍田;吕治2.急慢性腹泻患者肠道菌群的改变 [J], 冯伟明3.慢性腹泻患者肠道菌群的分析 [J], 陈玉丽;傅冷西4.应用T-RFLP技术分析鲈鱼肠道菌群 [J], 潘艳艳;钱云霞;张德民5.基于16S rDNA高通量测序分析2型糖尿病腹泻患者肠道菌群的变化 [J], 韩翠燕;史宁因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
RFLP名词解释RFLP是限制性片段长度多态性(Restriction Fragment Length Polymorphism)的缩写,是一种分子生物学技术,常用于分析DNA样本中的基因型。
下面对RFLP进行详细解释,包括其原理、应用和优缺点。
RFLP技术是基于DNA序列的差异来检测个体间的基因型差异。
它利用了DNA序列中的限制性内切酶剪切位点的多态性,通过对DNA样本进行酶切和凝胶电泳,分析得到的DNA片段长度的差异来判断个体的基因型。
RFLP技术的原理如下:1. 获取DNA样本:从个体的细胞中提取DNA样本,可以通过多种方法如血液、唾液、组织样本等获得。
2. DNA酶切:用特定的限制性内切酶对DNA样本进行酶切。
限制性内切酶是一种具有特异性的酶,它会识别和切割特定的DNA序列。
如果个体的DNA序列中存在特定的切割位点,则酶切会产生不同长度的DNA片段。
3. 凝胶电泳:将经过酶切的DNA样本加载到凝胶电泳槽中,经过电场离子迁移,分离出不同长度的DNA片段。
4. 可视化和分析:通过染色或探针杂交等方法,对电泳结果进行可视化,并进行分析确定DNA片段的长度。
RFLP技术得以应用于诸多领域,具有以下几个主要的应用方面:1. 遗传病分析:RFLP技术可以用于检测导致遗传病的基因突变。
通过分析DNA序列中的限制性内切酶位点是否发生改变,可以确定个体是否携带突变基因,并判断其患病风险。
2. 亲子鉴定:利用RFLP技术可以对个体的DNA样本进行比对,确定亲子关系。
通过对父母和子女DNA样本的酶切和电泳分析,可以判断是否存在一致的DNA片段长度,从而确定亲子关系。
3. 种群遗传学研究:通过对不同个体的DNA样本进行RFLP 分析,可以判断不同个体之间的基因型差异,从而对种群内的遗传多样性进行研究,了解不同种群的遗传背景及遗传演化。
4. 进化与系统发生关系研究:RFLP技术可以用于研究不同物种或亚种之间的进化关系。
松江湿地沉积物细菌T—RFLP分析中PCR体系的建立与优化松江湿地为松花江河漫滩地,地势平缓,依托松花江呈东西向带状分布,包括松花江滩涂湿地和支流河口湿地在内的广阔湿地资源,是全国面积最大的原生态城市湿地。
湿地内植物区系组成多样,生物多样性丰富,是黑龙江省哈尔滨市重点保护、开发、建设的生态文明区,也是近年来较重视的生态研究区。
微生物是湿地生态系统的重要组成部分,在湿地养分的生物地球化学循环中往往起着核心作用,湿地沉积物中的微生物以细菌为主,细菌能参与湿地污染物和有毒物质的降解过程,有助于保持湿地生态系统的平衡和提高湿地自净能力。
松江湿地的内部环境和结构较复杂,沉积物中蕴含着丰富的微生物资源,其细菌组成结构能良好地反应湿地环境因子的变化,深层次理解松江湿地生态系统结构和功能,而建立优化PCR体系是利用T-RFLP技术分析微生物资源的前提条件。
末端限制性片段长度多态性(terminal restric-tion fragment length polymorphism,T-RFLP),又称为16S rRNA基因的末端限制性片段(terminal re-striction fragment,TRF)分析技术,是建立在PCR基础之上研究微生物多样性的一种新兴分子生物学研究方法,不依赖于培养即可对微生物进行群落结构分析,具有非常广阔的应用前景。
T-RFLP技术具有快速、高度的可重复性、良好的可操作性和产生大量的可操作单元(OTUs),能够与数据库建立直接联系,用于微生物菌种鉴定、群落的对比和多样性分析。
本研究对在松江湿地沉积物细菌T-RFLP分析过程中,PCR扩增体系的相关影响因素进行优化和筛选,建立适于湿地沉积物的简单、高效和稳定的PCR反应体系,为进一步开展沉积物细菌群落结构研究奠定基础。
1材料与方法1.1材料与试剂沉积物于2012年8月采自松江湿地哈尔滨段,采集深度为0~20cm,将沉积物用无菌塑料袋密封带回实验室,-20℃冷藏。
利用T-RFLP技术在施用解磷菌剂土壤中微生物群落多样性分析柯春亮;戴嘉欣;周登博;张锡炎【期刊名称】《安徽农业大学学报》【年(卷),期】2017(44)3【摘要】为探讨解磷微生物菌肥对香蕉土壤根际微生态的影响,利用T-RFLP(terminal restriction fragment length polymorphism)技术分析土壤均匀度指数、香农指数和优势种群等分析微生物多样性,研究高效解磷菌剂与化学磷肥的不同组合施用方式对香蕉植株的生长情况和根际土壤微生物物量和群落结构的影响。
结果显示,与对照CK相比,T处理组香蕉苗较CK组生长健壮,地上部分鲜重平均值为42.2 cm,明显比CK高出35.2%。
接M-3-01解磷细菌处理组T1、T3生长势最为显著(P<0.05),其中,T3株高和茎围分别是CK的1.26、1.16倍。
T-RFLP 技术分析微生物多样性表明,T1、T3多样性指数和均匀度指数指标分别为2.12/2.11和0.93/0.88,与CCK差异性不明显,但略微高于CK。
同时,分析土壤优势种群,处理组T1、T3处理组土壤优势微生物种群数分别为12和14,数目基本与处理前土壤CCK的一致,而T2略低于CK。
拟柱孢藻(Cylindrospermopsis)和北里孢菌(Kitasatospora)只存在于CK和施用解磷菌剂T1、T3处理土壤中。
土壤种植香蕉苗后,不同施用方式对土壤微生物群落丰富度和多样性的稳定具有积极影响。
因此,施用高效解磷菌剂对维持土壤微生物群落丰富度和均匀度效果较好。
【总页数】7页(P471-477)【作者】柯春亮;戴嘉欣;周登博;张锡炎【作者单位】广东石油化工学院;中国热带农业科学院热带生物技术研究所【正文语种】中文【中图分类】S154.3【相关文献】1.T-RFLP技术及其在动物胃肠道微生物群落多样性研究中的应用2.T-RFLP技术在土壤微生物群落多样性分析中的研究进展3.复合微生物菌剂与氨基酸水溶肥组合施用对香蕉土壤理化性质及微生物群落的影响4.基于光合菌剂的复合微生物菌肥对土壤速效养分含量及微生物群落结构多样性的影响5.施用韩国假单胞菌(Pseudomonas koreensis)CLP-7对连作烟田土壤质量及微生物群落功能多样性的影响因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
第9卷第6期V o l .9,№6宜宾学院学报J o u r n a l o f Y i b i nU n i v e r s i t y 2009年6月J u n e ,2009收稿日期:2009-03-17作者简介:朱文优(1980-)男,江西瑞金人,硕士,助教,主要从事生物工程的教学研究分子生物学技术在环境微生物研究中的应用朱文优1,张忠刚2(1.宜宾学院生命科学与食品工程系,四川宜宾644000;2.寿光市质量技术监督局,山东寿光262700)摘要:随着分子生物学的发展,可用于环境微生物研究的新方法新手段不断出现.荧光原位杂交(F I S H )、变性梯度凝胶电泳(D G G E )、末端限制性酶切片段长度多态性分析(T-R F L P )、基因芯片技术等分子生物学技术,可直接对环境样品的总D N A 进行分析,绕开菌株分离和培养瓶颈,最大限度地获得微生物的遗传信息,全面地分析环境中微生物的多样性.关键词:免培养;分子生物学技术;环境微生物中图分类号:X 172 文献标志码:A 文章编号:1671-5365(2009)06-0088-03 微生物在环境治理过程中扮演着极其重要的作用,了解特定环境下微生物群落的种群分布、遗传多样性及其动态变化规律和认识微生物群落的稳定性及功能菌的作用是环境微生物学研究的重要内容.传统的微生物群落分析方法建立在微生物纯种培养分离基础上,但自然环境中有99%以上的微生物还不能通过人工培养[1-2],给微生物的分析和研究工作带来了极大的障碍.近年来,研究者开始运用分子生物学技术对环境微生物进行分析[3-5],克服了传统方法无法清楚分类及菌群无法培养的缺点.本文主要介绍了在研究环境微生物群落多样性、微生物群落动态变化规律等领域中较为常用的4种分子生物学技术的基本原理和操作过程及其应用概况.1 荧光原位杂交(F I S H )技术1.1 F I S H 技术的主要原理微生物细胞内的核糖体R N A (r R N A )含有特异区和高度保守区,对物种的进化有指示性作用,被称为微生物体内的“活化石”.其中16S r R N A 的分子结构高度保守,只有某些位置有少量具有种属特异性的核苷酸序列的改变,根据16Sr R N A 序列的保守性和特异性可按不同分类级别设计所需要的寡核苷酸探针.F I S H 技术使用的就是(16~23)S r R N A 寡核苷酸探针,其一般进行荧光标记20b p 左右的特异性核苷酸片段.利用该探针与固定的组织或细胞中特定的核苷酸序列进行杂交.1.2 F I S H 技术主要操作步骤该技术主要操作步骤[6]包括:(1)活性污泥的预处理:革兰氏阳性细菌用50%乙醇溶液,革兰氏阴性细菌用4%多聚甲醛处理;(2)样品在载玻片上固定并用乙醇脱水;(3)寡核苷酸探针杂交:一般在46℃下杂交1~3h ;(4)样品清洗:用48℃水浴的清洗液及冰浴的超纯水清洗;(5)封片观察.通常要结合使用一些通用的寡核苷酸探针对微生物样品进行区域界定及不同分类级别的区分.1.3 F I S H 技术的特性及其在环境微生物研究中的应用F I S H 技术的突出特点是克服了纯培养的技术限制,在原位水平进行探测和分析环境中微生物群落的组成及演替规律、以及不同种群的空间联系等生态学变化规律.近年来,该技术大量用于污水处理系统中微生物的研究,如J u r e t s c h k o 和S c h r a m m 等[7-8]采用F I S H 技术对硝化流化床的活性污泥中硝化细菌的多样性进行了跟踪分析;德国学者Wa g n e r 对8个污水处理工艺(以生物除磷为主)的生物多样性进行了F I S H 探测,取得了很好的效果.当然该技术也存在一些问题,如荧光信号弱、清晰度差;还有一些种类的微生物细胞壁穿透性差,使探针不能充分进入细胞内与r R N A 分子杂交;另外,一些生长缓慢的细胞由于r R N A 含量低而很难被探测到.2 变性梯度凝胶电泳(D G G E )技术2.1 D G G E 技术的原理变性梯度凝胶电泳(d e n a t u r i n g g r a d i e n t g e l e l e c t r o p h o r e -s i s ,D G G E )技术在微生物生态学研究中的应用已逾10年,是利用在含有浓度线形递增的变性剂(尿素和甲酰胺的混合物)的聚丙烯酰胺凝胶电泳中,将长度相同但碱基排列顺序不同的双链D N A 分离[9].该技术以带G C 夹子(G 和C 碱基集中的序列)的引物扩增P C R 产物在由上(正极)向下(负极)D N A 变性剂浓度递增的垂直电泳胶上泳动,随着D N A 变性剂浓度的递增,双链D N A 间的氢键断裂、解链成单链,而G C 堆积部分的氢键坚固,仍保持双链结构,最后D N A 分子呈三向延伸的形状.这种形状的D N A 分子的电泳迁移率随D N A 分子序列中A-T 、G-C 的排列和氢键数量的不同而不同,使具有相同碱基序列的D N A 分子集中在一处形成条带,其他其它D N A 分子在别处形成条带,这就使长度相同而序列不同的D N A 片段在胶上分离.2.2 D G G E 技术的操作流程该技术主要操作步骤包括:(1)从环境中取得样本,如地下水、活性污泥、生物膜等,进行微生物总D N A 的提取;(2)通过聚合酶连锁反应(P C R )将提取的总D N A 中的特定序列进行扩增,其扩增产物利用D G G E 进行分离;(3)对D G G E 带进行测序并鉴定分析或者被印渍在尼龙膜上与标记的寡核苷酸专一性探针进行杂交,鉴定群落成员.2.3 D G G E 技术的特性及其在环境微生物研究中的应用D G GE 技术具有分辨率高,能够检测出只存在单碱基差异的突变个体;加样量小;重复性好;耗时少,和操作简便、快速,可同时检测多个样品等显著优点,使得人们对复杂微生态系统的解析成为可能,是一种非常适合分析废水生物处理过程中微生物群落的多样性及动态变化的基因指纹技术.M u r r a y 等[10]采用P C R-D G G E 比较2个江口的浮游细菌的系统多样性.Z w a r t 等[11]通过巢式P C R-D G G E 分析了荷兰温水湖中V e r r u -c o m i c r o b i a l e s 的多样性,并且证实湖中全年都存在这些菌.3 末端限制性酶切片段长度多态性分析(T-R F L P )3.1 T -R F L P 技术的基本原理T-R F L P 技术以分子系统学原理为基础,综合运用P C R 技术、D N A 限制性酶切技术、荧光标记技术和D N A 序列自动分析技术,在D N A 水平上通过对特定核酸片段长度多态性的测定来分析比较微生物群落结构和功能.首先根据比较基因组学原理选取一段具有系统进化标记特征的D N A 序列作为目标分析序列,之后根据目标基因序列的保守区设计引物,荧光标记,检测带荧光标记的片段(T e r m i n a l R e s t r i c t i o n F r a g m e n t ,T -R F ).通过对这些荧光信号以及由此生成的T-R F L P 图谱的分析,就可以揭示样品中微生物的种类、数量和种群大小等,从而解析微生物群落的结构、功能及其动态变化.3.2 T -R F L P 技术的操作步骤T -R F L P 技术的操作步骤见图1.图1 T -R F L P 法分析微生物群落结构流程图3.3 T-R F L P 技术的特性及在环境微生物中的应用大量研究表明,T -R F L P 技术分析复杂的微生物群落结构具有很高的分辨率,适合对微生物群落多样性分析评价,以及快速地研究、分析微生物群落的变化规律.在环境微生物研究中的应用见表1.表1 T -R F L P 分析技术在微生物群落中的应用序号研究内容主要结论1分析市政府污水厂好氧生物处理池污泥等4样品的微生物群落的多样性T -R F L P 技术是分析微生物群落多样性的可靠有力的工具2研究了处理生活污水的强化生物除磷工艺中活性污泥微生物群落结构两种运行方式下活性污泥中的微生物群落结构有明显差异,而F I S H 技术却未发现差异3在三种性质差异显著的土壤中都加入两种不同的有机肥,用T -R F L P 技术考察土壤中真菌群落的动态变化每种土壤加入有机肥后,真菌群落都会发生变化;而且某种土壤加入不同的有机肥,其中的真菌群落的变化呈现不同特点4根据汞抗性基因m e r 基因序列设计特异扩增引物,检测和评价该基因在长期受汞污染的土壤和沉积物中的存在情况方便高效,还从土壤和沉积物T-R F L P 图谱中发现了新的汞抗性基因 当然,T-R F L P 技术也存在一些问题:1)摆脱不了P C R 技术共同的缺陷,例如群落中不同菌种D N A 的差异性扩增,以及目标D N A 在菌种间拷贝数的差异等等[12],造成分析结果难以准确反映自然群落的多样性以及物种间的相对丰度信息;2)该指纹印记技术只检测带荧光标记的末端限制性片段;3)酶切后T-R F 的长度分布也会造成对复杂群落多样性的低估;4)实验过程影响因素众多,使得T-R F L P 图谱的解析存在一定的不确定性;5)如何对大量T-R F L P 数据进行处理和统计学分析,以挖掘出其中蕴含的微生物群落结构信息是目前T-R F L P 技术研究的焦点之一,很多理论和技术上的问题仍处于摸索和逐步完善阶段.4 基因芯片技术4.1 用于环境微生物研究的基因芯片基因芯片(M i c r o a r r a y )技术于1991年首次在S c i e n c e杂志上被提出[13],是生物芯片(B i o c h i p )的一种,,根据探针排列的类型,将可用于环境微生物研究的基因芯片分为3类[14]:一、功能基因芯片(F u n c t i o n a l G e n e A r r a y s ,F G A s ),含有编码不同生物化学循环过程关键酶和其他功能基因序列,可用于检测自然环境中微生物群落的生理状态和功能活动;二、寡核苷酸芯片(P h y l o g e n e t i c O l i g o n u c l e o t i d e A r -r a y s ,P O A s ),主要是用于微生物群落组成和结构的系统发育分析;三、群落基因组芯片(C o m m u n i t yG e n o m eA r r a y s ,C G A s ),该技术根据可培养的成分描述微生物群落结构[15].4.2 基因芯片技术的特性及其在环境微生物研究中89 第6期 朱文优,张忠刚:分子生物学技术在环境微生物研究中的应用的应用基因芯片技术用于环境微生物研究具1)D N A或寡核苷酸为基础的基因芯片技术允许研究者全面地研究不同条件下活细胞的生理学;2)该技术不需要知道保守序列,不同种群的同一功能组的所有多态性基因序列可以构建在芯片上,并且以此作为探针来检测它们在环境样品中的的相应分布;3)不需要枯燥费时的配对杂交;4)基因芯片需要的样品量少,适宜于环境微生物检测和5)基因芯片具有定量特性等优势,在环境微生物的生理生态、结构和功能的了解上具有广阔的应用前景.R u d i等构建了含有源于藻青菌的S S Ur R N A探针的小芯片,并在低浓度和高浓度下分析了湖泊中藻青菌的存在和数量,表明探针对培养物的分析是特异性的.V a l i n s k y等[16]利用从土壤克隆文库中获得的16Sr R N A构建基因芯片,分析比较了来自2个不同农业土壤的1536个16Sr R N A克隆的指纹图谱,结果发现土壤中特殊的细菌种群与特异的植物病害抑制作用具有相关性.5 展望大量研究表明,利用这些分子生物学技术,可直接对环境样品的总D N A进行分析,绕开菌株分离和培养瓶颈,可最大限度地获得微生物的遗传信息,全面地分析环境中微生物的多样性,但这些方法也有一些缺点,其分析结果受样品的采集方法、样品大小等因素的影响,同时许多微生物只有在分离培养后才能对其进行更为透彻的研究.故在环境微生物的研究中,应将传统技术与现代手段相结合应用.参考文献:[1]王晓慧,文湘华.M A R-F I S H技术及其在环境微生物群落与功能研究中的应用[J].微生物学通报,2009,36(1):42-148.[2]孙寓姣,王勇,黄霞.荧光原位杂交技术在环境微生物生态学解析中的应用研究[J].环境污染治理技术与设备,2004,5(11):15-20.[3]S o h n SH,C h o EJ,S o nW J,e t a l.D i a g n o s i s o f b o v i n e f r e e m a r t i n i s mb yf l u o r e sc e n c ei ns i t uh y b r id i z a t i o no ni n te r p h a s e n u c l e i u s i n g ab o v i n eYc h r o m o s o m e-s p e c i f i cD N A p r o b e.T h e r i o g e n o l o g y,2007,68(7): 1003-1011.[4]张振冬,,王淑芬,,曹宇峰.D G G E技术及其在海洋环境微生物多样性研究中的应用[J],海洋环境科学,2008,27(3):297-300.[5]K i m BC,P a r kJ H,G uM B.M u l t i p l ea n ds i m u l t a n e o u s d e t e c t i o no fs p e c i f i c b a c t e r i a i ne n r i c h e d b a c t e r i a l c o m m u n i t i e s u s i n g a D N Am i c r o a r-r a y c h i p w i t hr a n d o m l y g e n e r a t e d g e n o m i c D N Ap r o b e s[J].A n a l C h e m,2005,77(8):2311-2317.[6]N i e l s e nJ L,W a g n e r M,N i e l s e nPH.U s eo f m i c r o a u t o r a d i o g r a p h yt os t u d yi n s i t u p h y s i o l o g y o f b a c t e r i a i nb i o f i l m s[J].E n v i r o n m e n t a l S c i-e n c e a n d B i o/T e c h n o l o g y,2003,2:261-268.[7]J u r e t s c h k o S,e t a l.C o m b i n e d m o l e c u l a r a n d c o n v e n t i o n a l a n a l y s e s o f n i-t r i f y i n g b a c t e r i u md i v e r s i t y i n a c t i v a t e d s l u d g e:N i t r o s o c o c c u s m o b i l i s a n d n i t r o s p i r a-l i k e b a c t e r i a a s d o m i n a n t p o p u l a t i o n s[J].A p p l E n v i r o n.M i-c r o b i o l.,1998,64:3042-3051.[8]S c h r a m mA,l a r s e n LH,e t a l.S t r u c t r u e a n d f u n c t i o n o f a n i t r i f y i n g b i o-f i l ma s d e t e r m i n e db y i ns i t uh y b r i d i z a t i o n a n dt h e u s e o f m i c r o e l e c t r i d e s[J].A p p l E n v i r o n M i c r o b i o l,1996,62:4641-4647.[9]L a i x T,Z e n g XF,F a n g S,e t a l.D e n a t u r i n gg r a d i e n t g e l e l e c t r o p h o r e s i s(D G G E)a n a l y s i s o f b a c t e r i a l c o m m u n i t yc o m p o s i t i o ni nd e e p-s e a s e d i-m e n t s o f t h eS o u t hC h i n aS e a[J].Wo r l dJ o u r n a l o f M i c r o b i o l o g y&B i o-t e c h n o l o g y,2006,22(12):1337-1345.[10]M u r r a yA E,H o l l i b a u g hJT,O r r e g oC.P h y l o g e n e t i cc o m p o s i t i o n s o fb ac t e r i o p l a n k t o nf r o m t w oC a l i f o r n i ae s t u a r i e sc o m p a r e db yde n a t u r i n gg r a d i e n t e l e c t r o p h o r e s i s o f16Sr D N Af r a g m e n t s[J].A p p l E n v i r o n M i c r o-b i o l,1996,62:2676-2680.[11]Z w a r t G,H u i s m a n s R,v a n A g t e r v e l dM,e t a l.D i v e r g e n t m e m b e r s o f t h eb ac t e r i a ld i v i s i o nVe r r u c o m i c r o b i a l e s i na t e m p e r a t ef r e s h w a t e r l a k e[J].F E M S M i c r o b i o l.E c o l.,1998,25:159-169.[12]M a r s hT L,S a x m a nP,C o l eJ,e t a l.T e r m i n a l r e s t r i c t i o nf r a g m e n tl e n g t hp o l y m o r p h i s ma n a l y s i s p r o g r a m,a w e b-b a s e dr e s e a r c h t o o l f o r m i-c r o b i a l c o m m u n i t ya n a l y s i s.A p p l&E n v i r o n M i c r o b i o l,2000,66(8):3616-3620.[13]Wa g n e r M,S m i d t H,L o y A,e t a l.U n r a v e l l i n gm i c r o b i a l c o m m u n i t i e sw i t hD N A-m i c r o a r r a y s:c h a l l e n g e s a n d f u t u r e d i r e c t i o n s.M i c r o bE c o l,2007,53(3):498-506.[14]B u r t o nJ E,O s h o t a OJ,S i l m a nNJ.D i f f e r e n t i a l i d e n t i f i c a t i o no f B a c i l-l u s a n t h r a c i s f r o m e n v i r o n m e n t a l B a c i l l u s s p e c i e s u s i n g m i c r o a r r a ya n a l y-s i s[J].A p p l M i c r o b i o l,2006,101(4):754-763.[15]C o o kKL,L a y t o nAC,D i o n i s i HM,e t a l.E v a l u a t i o no f ap l a s m i d-b a s e d16S-23Sr D N A i n t e r g e n i cs p ac e r r e g i o na r r a y f o r a n a l y s i s o f m i-c r o b i a ld i ve r s i t yi ni n d u s t r i a l w a s t e w a t e r[J].M i c r o b i o l M e t h o d s,2004,57(1):79-93.[16]V a l i n s k y L,V e d o v a GD,S c u p h a mAJ,e t a l.A n a l y s i s o f b a c t e r i a l c o m-m u n i t y c o m p o s i t i o n b y o l i g o n u n c l e o t i d e f i n g e r p r i n t i n g o f r R N Ag e n e s[J].A p p l E n v i r o nM i c r o b i o l,2002,68(8):3243-3250.[责任编辑:王 露]90 宜宾学院学报 第9卷 。
微生物生态学一种新研究方法-T-RFLP技术
王洪媛;江晓路;管华诗;牟海津
【期刊名称】《微生物学通报》
【年(卷),期】2004(31)6
【摘要】T-RFLP是建立在PCR基础之上一种新的微生物生态学研究方法.该方法克服了传统微生物培养方法的限制、应用快速、灵敏度高且输出定量的数据结果,被广泛应用到菌种鉴定、群落对比分析、群落中系统发育种群多样性的评估等领域.目前我国仍没有关于此方法应用的相关报道,但作为一种研究微生物群落特征的理想方法,T-RFLP已经越来越受到相关研究人员的重视.该文主要介绍了该方法的基本原理、阐述了该方法的关键技术及其应用发展现状.
【总页数】5页(P90-94)
【作者】王洪媛;江晓路;管华诗;牟海津
【作者单位】中国海洋大学海洋药物与食品研究所,青岛,266003;中国海洋大学海洋药物与食品研究所,青岛,266003;中国海洋大学海洋药物与食品研究所,青
岛,266003;中国海洋大学海洋药物与食品研究所,青岛,266003
【正文语种】中文
【中图分类】Q75
【相关文献】
1.T-RFLP技术在土壤微生物群落多样性分析中的研究进展 [J], 马琳;张卫华;刘淼
2.用于分析微生物种类组成的微生物生态学研究方法 [J], 陈彦闯;辛明秀
3.国际微生物生态学会(ISME)与中国微生物学会(CSM)联合举办微生物分子生态学技术亚洲地区讲习班 [J],
4.国际微生物生态学会(ISME)与中国微生物学会(CSM)微生物分子生态学技术亚洲地区讲习班(第二轮通知) [J],
5.微生物生态学中分子生物学方法及T-RFLP技术研究 [J], 王洪媛;管华诗;江晓路因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
T RFLP技术及其在微生物群落结构研究中的应用罗佳捷1,2,李丽立1,张彬2(1.中国科学院亚热带农业生态研究所,长沙 410125; 2.湖南农业大学经济动物研究所,长沙 410128)摘要:作者介绍了末端限制性片段长度多态性(T R FL P)分析技术的基本原理和操作方法,并就该方法在生态环境中、动物和人体内微生物群落结构的研究应用情况做了综述。
由于T RF LP分析技术不依赖于细菌培养,并且整合了自动测序仪的高分辨率和高通量特征,因此,对于分析复杂的群落结构比其它的指纹识别技术具有更明显的优势,最后分析了此种技术的不足之处并对它的应用前景做出了展望。
关键词:末端限制性片段长度多态性;微生物群落结构;指纹识别;自动测序中图分类号:Q78 文献标识码:A 文章编号:1671 7236(2009)07 0075 04近年来,不依赖于培养的基因指纹图谱(GFP)技术对微生物群落结构和动态分析成为分子微生物生态学中的热点内容,其中变性/温度梯度凝胶电泳(D/T GGE)、单链构象多态性(SSCP)和末端限制性片段长度多态性(T RFLP)应用最为广泛。
其中, T RFLP是对RFLP技术的延伸,Liu等(1997)首先将T RFLP技术用于微生物群落分析中,与其它指纹图谱技术相比具有以下的优点: 高通量,能够迅速产生大量重复、精确的数据,用于微生物群落结构的时空演替研究; 数据的输出形式允许对大量信息的快速分析,由于片段分析软件已经预装于DNA测序仪中,这些软件能够自动将电泳结果数字化并以表格方式输出,用于标准统计分析,避免了将指纹图谱再数字化的程序; 根据末端限制性片段(TRFs)的长度与现有数据库进行对比,有可能直接收稿日期:2008 12 30作者简介:罗佳捷(1984-),男,湖南人,硕士生,研究方向:动物营养生理。
通信作者:李丽立(1955-),女,研究员,硕士生导师,动物营养生态。
E mail:lili@基金项目:国家自然科学基金资助项目(30571351);湖南省自然科学基金(08JJ3080);长沙市科技攻关项目(K0802117 21)。
鉴定群落图谱中的专个菌种; 由于产生T RFs的设备为DNA测序仪,所以精确度和分辨率都要较其它方法产生的图谱高(余素林等,2006)。
随着自动测序仪在实验室中的不断普及,使用T RFLP技术可以大幅度提高在群落分析方面的水平。
1 T RFLP分析技术的基本原理和方法T RFLP技术以分子系统学的原理为基础,综合运用了PCR技术、DNA限制性酶切技术、荧光标记技术和DNA序列自动分析技术,在DNA水平上通过对特定核酸片段长度多态性的测定来分析比较微生物群落结构和功能。
利用T RFLP技术分析微生物群落时,首先根据微生物群落的特点及分析目的确定目标DNA片段,根据目标基因序列上的保守区域设计一对合适的引物,其中一个引物的5 端用荧光物质标记,常用的荧光物质有T ET、H EX、6 FAM等。
接着采集样品,提取样品中微生物群落的总DNA,以总DNA为模板进行PCR反应,扩增得到的各种微生物目标DNA片段的一端就带有荧光标记。
然后,将PCR产物用合适的四碱基限制性内切酶消化,Collins等(2007)报道,一种新的工具 restriction endonuclease picker(REPK)可以用来帮助试验者根据不同的测试对象来合理的then the objectiv e gene was recov ered and pur ified.T he g ene w as introduced into male pronucleus o f BA L B/c mo use fert ilized ovum by micr oinjection,then w e g ot32mice w hich hav e been injected the Dpl1 155g ene,in w hich6w as positive by PCR; one F0g ener atio n o f T g mouse ex pressing Dpl w ithout G PI w as mated w ith a wild type mo use,then21F1generation mouse wer e g ot,in w hich10w ere po sitive by PCR identificat ion.Br ain tissue o f thr ee F1g ener atio n mice w hich w ere posit ive by P CR identif ication w as co llected,and was ident ified by Western blotting,there w as17ku Dpl1 155pro tein ex pressed in the brain. So w e hav e g ener ated T g mice ex pressing Dpl w ithout GPI w hich pr ovides T g animal models for inv estigating the bio no mics o f Dpl prot ein.Key words:glycosy l pho sphatidy l inosit ol;Doppel;transgene;mouse选择限制性内切酶。
由于在不同菌的扩增片段内存在核苷酸序列的差异,酶切位点也会存在差异,酶切后就会产生许多不同长度的限制性片段。
消化产物用DNA自动测序仪(选用genescan功能)进行检测获得峰值图,末端带荧光标记的片段(term inal re striction fragment,T RF)或者称作操纵分类单元(oper ational taxo nom ic unit,OTU)被检测到,而其它没带荧光标记的片段则检测不到。
因为一种菌的T RF长度是惟一的,所以峰值图上的每一个峰至少代表了一种菌。
以下是T RFLP技术的全过程。
群落总DNA PCR扩增引物 PCR产物酶切限制性内切酶不同长度的限制性片段测序仪上电泳分离标记片段识别微生物群落峰值图峰值图上峰所对应的横坐标代表了T RF的片段长度,是根据该T RF与标准样品中长度已知的DNA片段在电泳中的位置进行比较后计算得到的;峰的纵坐标代表含有荧光物质T RF的荧光强度;峰的面积则代表了具有相同片段长度所有T RF的荧光强度的总和,即它所代表的这种菌种的相对数量。
单纯使用T RFLP技术可以提供微生物的种类和相对数量的信息,但无法确定是何种微生物。
只要结合克隆文库分析或是核酸杂交分析,就能确定微生物的种类。
2 T RFLP分析技术的应用目前绝大多数关于T RFLP的资料都是用它来进行微生物群落结构及功能的分析及不同群落结构的比较。
其中尤其以调查生态环境中及动物和人体内细菌群落的构成及其影响为主。
2.1 对生态环境中微生物群落结构及功能的研究 Cecile等(2006)运用T RFLP技术分析以调查法国孔雀湖生态系统中的小真核生物群落结构,结果发现在湖中5m深的地方,含氮物质和总磷的浓度对小真核生物的结构有很大影响,而在更深的地方则是细菌和溶解氧的天下;H eath等(2008)花了2年时间对来自墨西哥东北部水利条件不同的2个海湾的100份海底沉积物样品进行了T RFLP分析,得出的结果大大增进了人们对于占据了海洋中浅海床大部分的沙质和渗透性的沉积物中的微生物群落结构的了解;Per ez等(2005)对来自全球4个大陆上16个位点的沉积物样品中的异化硫酸盐还原酶基因进行了T RFLP分析,以研究硫酸盐还原细菌在受污染的沉积物中的多样性、分布模式及范围,结果显示硫酸盐还原细菌不是像大多数真核的生物体那样按照生物地理的分布模式而存在,它们在印度的沿太平洋海岸地带具有最复杂的生物多样性;Pas cal等(2005)通过对16S rDNA进行T RFLP分析来测定在活性污泥中土壤保持时间对细菌多样性的影响,试验结果表明,T RFLP分析法是用来分析活性污泥系统中由于操作参数的改变而引起的细菌群落结构多样性变化的一种强有力的工具。
另外,Santosh等(2006)运用T RFLP技术对在稻田中和森林土壤中使用含氮肥料对于产甲烷细菌的不同影响做了分析;在探测耕种土壤中安息香酸代谢菌群及它们的生长的试验中也可以运用到T RFLP分析技术(Gr aham等,2008)。
目前,T RFLP技术已经越来越多的运用到了生态环境中微生物群落结构和功能的研究中,这对于人们更多更深入的了解生态环境,更加有效的保护和利用它们起到了巨大的作用。
2.2 对动物体内微生物群落结构及功能的研究 Ole等(2005)曾在评定日粮中氧化锌和硫酸铜对刚断奶仔猪的胃肠道生态系统的影响的试验中运用了T RFLP分析,试验结果表明,日粮中高剂量的氧化锌可以减少可消化的营养物质的发酵,从而为动物机体提供更多的能量,促进动物的生长,而硫酸铜的作用则比氧化锌要有限得多;Fairchild等(2005)则运用T RFLP分析来测定口服四环素对鸡肠道微生物群落结构的影响,结果提示在生产环境中动物体内基因转移的抵抗性所产生的混乱的生态及遗传因素导致了抗生素抗药性的流行;Knut等(2004)对食品架上真空包装的大马哈鱼和黑鳕中的微生物群落结构的测定中运用了T RFLP分析,结果鉴定出20种不同的菌种,并且发现在不同的鱼样品中细菌种类的分布有着惊人的差异;Valeria等(2008)运用T RFLP技术分析了48只用大麦或添加了外源酶的饲料喂养的鸡肠道各段的微生物群落结构,发现除了十二指肠和空肠,其它肠段之间的微生物群落有很大的不同,并且在回肠和盲肠之间发现了很显著的由日粮差别引起的微生物群落结构差异。
此外,Tan等(2007)运用T RFLP技术分析发现慢性的螺杆菌属幽门感染不会显著的影响鼠科动物胃部的微生物群落结构;Julie等(2006)曾用T RFLP技术分析野生大猩猩粪便中的微生物多样性。
现在,T RFLP技术越来越多的运用到动物(特别是经济动物)体内尤其是胃肠道内的微生物群落结构分析,这对于人们了解动物胃肠道微生物环境,合理饲喂动物,取得更好的经济效益很有帮助。
2.3 对人体内微生物群落结构及功能的研究 Marco等(2005)运用T RFLP分析对女性阴道内的微生物群落结构做出了快速的测定,试验结果表明,T RFLP分析技术在对阴道内的微生物群落进行比较及获得占数量优势的细菌种类的相关信息方面可以起到很重要的作用;Ro gers等(2004)通过对16S r DNA进行T RFLP分析来测定囊肿性纤维化肺传染病情况下的细菌群落结构多样性。