美国《科学》杂志预测2006年世界科研热点领域(2)

微生物世界通过利用日益完善的技术从土壤和人类的大肠中提取DNA,研究人员证明了我们生存的这个星球的微生物有着令人难以置信的多样性。在2006年,科学家有望发表一系列文章,论述有益或者致病微生物群落及其相互关系的进化与分子基础、微生物与其搭档之间的关系,甚至有可能在微生物的进化树以及真核生物是怎样发生的这样一个尖锐的问题上达成一致。     

宏基因组技术及其在厌氧消化研究中的应用

在介绍基因（组）富集、基因（组）DNA提取、文库构建及筛选等宏基因组技术的基础上,论述了宏基因组技术在厌氧消化研究中应用的重要性,认为该技术可成为研究微生物群落多样性的首选技术之一,有助于了解厌氧消化微生物的多样性、生态功能和动态变化,揭示厌氧消化微生物学机理,提高厌氧消化效能等.同时宏基因组技术为微生物资源的深层次开发利用提供了技术平台,并在工业、农业、海洋等领域具有广泛的应用前景.     

遗传指纹图谱技术对微生物群落的分析

微生物培养技术无法获得自然生境中99％以上的微生物，而可培养的微生物也仅提供极少的形态学线索，鉴定和生理学特性经常是模糊的。分子生物学技术对不可培养微生物的研究，开启了探索微生物多样性和新资源的大门。DNA杂交、rRNA分子标记测序等已经成为研究分子微生物生态学的常规手段，可以鉴定和描述微生物群落的种群，但却不适于探索微生物复杂群落的动力学。遗传指纹图谱技术允许同时进行多样本的分析，可比较不同生境和随时间变化的微生物群落行为，是传统手段的有力补充。     

腐乳发酵过程中微生物群落结构动态的ERIC-PCR指纹图谱分析(修改稿)

建立一种不依赖纯培养，可以在腐乳发酵工业现场使用的监测微生物群落结构变化的分子技术。以腐乳发酵过程的前期、中期、后期的微生物群落为研究对象，每周采样1次，连续4周。获得腐乳发酵物总DNA的ERIC-PCR指纹图谱。结果表明，在4个采样时期之间，对应的各个采样点的ERIC-PCR指纹图谱差异不大，具有较好的相似性，Cs值在59～100之间；同一采样时期不同采样点指纹图谱之间既有相同的特征条带，又存在差异性条带，显示了在此期间微生物群落的连续动态变化过程。通过对腐乳发酵过程中的微生物群落结构的指纹图谱分析，可开发出对该系统微生物群落结构动态变化进行检测的技术。     

永定河山峡与城市段微生物群落结构季节变化

微生物是河流生态系统的重要组成部分，其群落结构会随着时空差异发生改变. 本研究于8月和11月分别采集永定河山峡段和城市段12个点位的样品，采用高通量测序技术研究其群落结构组成及季节演替情况，共检出微生物38门864属，其中蓝细菌门（Cyanobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）在群落结构组成中占主要优势. 在时间与空间变化中，8月与11月，山峡段与城市段的永定河微生物群落结构都表现出明显差异，总体来看，8月水体的微生物多样性高于11月份，季节变化使得山峡段微生物群落结构发生了较大变化，而对城市河段的影响不大. 此外，人类活动没有对城市河流的群落多样性造成显著影响，但会使得群落的丰富度显著降低.      

人工构建微生物组对制革废水的氨氮去除及微生物组的对比变化分析

为探究复合人工微生物组对制革废水处理体系中微生物群落的影响,在传统的厌氧/好氧(A/O)污水处理工艺处理制革废水的基础上,投加微生物复合菌形成人工微生物组。利用复合人工微生物组强化废水处理,应用高通量测序技术测定各样品中的细菌16S rRNA V3-V4变异区序列,并对测序数据进行生物信息学分析、Alpha多样性分析以及物种组成分析。结果表明,投加微生物组后,化学需氧量(COD)和氨氮的处理效果得到提升,COD的去除率约为82.60%,氨氮的去除率约为99.47%。高通量测序结果表明,人工投加微生物组使得活性污泥中微生物群落丰度以及多样性提高,污染物降解功能菌占比有所提升,陶厄氏菌属(Thauera)成为其最主要的优势菌属。复合人工微生物组的投加对强化制革废水处理系统有一定潜力。     

西安枣园西汉早期墓葬出土古酒中菌害分析

针对2003年西安市文物保护考古所发现的西安枣园西汉早期墓葬出土古酒的菌害,分析微生物群落,并对照其成份判断菌种来源,为制定稳妥的古酒灭菌方案提供科学依据。研究使用分子生物学方法,通过培养分离微生物群落,16S r DNA/18S r DNA序列分析,根据同源性比对及系统发育树分析,鉴定出4种优势菌种,其中真菌为淡紫拟青霉菌,3种细菌分别为微球菌、葡萄球菌和考克氏菌属细菌。鉴定出的4种优势菌种与空气微生物中的常见菌种一致;判定古酒菌害原因主要来源于外界空气的交流;提出通过菌落滤除,隔绝空气,以有效抑制古酒中微生物滋生的防治对策。该研究也是16S r DNA/18S r DNA序列分析首次成功在酒类液体文物菌害成份鉴定中应用。     

海水养殖沉积环境微生物总DNA的提取方法研究

传统的微生物分离与培养技术无法揭示微生物群落的动态变化.为了阐释虾池沉积环境微生态格局的原始组成情况,本研究先以TENP缓冲液去除沉积物中的腐殖酸,继之以溶菌酶-SDS温和裂解,其总DNA的提取效率达90%以上,所获DNA产量达2～20 μg/g沉积物(湿),片段大小均在23 kb左右,不经纯化即可直接进行PCR扩增和限制性酶切.以该DNA为模板进行PCR-DGGE分析,揭示了虾池沉积物丰富的微生物多样性.该方法是一种适用于虾池沉积物总DNA提取的简便、可靠方法.     

分娩方式影响婴儿皮肤真菌群落组成

婴儿出生之前生活在无菌的子宫里,出生以后婴儿皮肤第一次暴露在有大量微生物的环境中,形成了初始的皮肤微生物群落.因此分娩方式的选择,决定了婴儿最初接触的微生物源是母亲的阴道还是周围的环境.本研究对6对出生2~4个月的婴儿和他们母亲的皮肤表面6个部位的样品进行3次重复采样(共计189个达标样品)并通过高通量测序来探究不同的分娩方式对婴儿皮肤表面真菌群落组成的影响.研究发现不同分娩方式会造成2~4个月婴儿皮肤真菌群落的显著差异.孕期女性阴道里常见的念珠菌属(Candida)在顺产婴儿皮肤表面的丰度显著高于剖腹产婴儿.而母亲皮肤上最主要的马拉色菌属(Malassezia)在剖腹产婴儿皮肤表面的丰度比顺产婴儿更高.同时还发现剖腹产的母亲与自己孩子的皮肤真菌群落更相似,而顺产的母婴却没有类似的特征.     

宏基因组技术在环境微生物资源开发中应用的探索

环境中约有99%的微生物在现有的条件下不能被培养,这使微生物资源的开发利用受到了限制.宏基因组是指某一特定的环境中全部微生物的总DNA,宏基因组技术是将样品中的总DNA提取出来后,利用适宜的载体克隆到宿主细胞中以构建成宏基因组文库,再筛选新的活性物质或基因,该技术在微生物资源的开发利用上将会有巨大的发展潜力.     

末端限制性酶切片段长度多态性分析技术进展

末端限制性酶切片段长度多态性分析(Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism,T-RFLP)是近年来发展起来的、不依赖于培养的微生物群落分析方法之一.由于其在微生物群落结构分析方面的特点,包括分辨率高、易于实现自动化及互联网海量数据共享等优势,自1997年最先被报道以来得到了广泛的应用,成为环境微生物群落分析的最强有力的工具之一.类似于其他的分子微生物生态学技术,T-RFLP也有自身的缺陷,本文详细介绍了T-RFLP技术的原理及其解析环境微生物群落的基本流程,简述了近年来T-RFLP技术在群落分析中的研究进展,重点讨论了该技术的局限性及相应的解决办法.     

自然水体生物膜中微生物群落结构与组成分析

为深入了解自然水体生物膜微生态群落系统中微生物群落的组成与结构。采集松花江吉林江段自然水体生物膜为研究对象,对其中微生物的总DNA进行了提取;之后利用高通量测序技术对生物膜中细菌的16S rDNA基因进行了序列测定。分析了自然水体生物膜中微生物群落组成鉴定和相对丰度。物种分类显示,细菌种类隶属于15个门、31个纲、58个目、80个科和148个属,其中优势类群为变形菌门(Proteobacteria),其相对丰度分为63.50%。     

SBR系统驯化过程的微生物群落结构变化

采用三角瓶摇床振荡培养,模拟序列间歇式活性污泥法(SBR)处理经微电解预作用后的皮革废水,考察驯化过程中微生物群落结构的变化情况.提取驯化过程中4个不同阶段混合菌群总DNA,采用降落式聚合酶链式反应和变性梯度凝胶电泳技术,对细菌16S rDNA V3区进行扩增和产物分离,并比较驯化过程中的微生物群落结构.结果表明,微生物群落结构和种群数量在驯化过程中存在明显的演替过程,不同微生物种群通过协同和竞争作用,最终形成一种具有新功能,性质稳定的群落结构.     

红树林土壤微生物模块化聚酮合酶基因(簇)及其多样性研究

聚酮类化合物(Polyketide)是一类重要的具有药用价值的生物活性分子.通过宏基因组学技术获得了红树林土壤微生物中模块化聚酮合酶(Polyketide Synthase,PKS)基因(簇),并对其多样性进行了研究.首先构建了该红树林土壤微生物的16SrDNA文库,初步分析了红树林土壤样本的细菌群落组成,发现许多菌群曾经被报道存在PKS基因簇,约占整个细菌群落的75%.利用相关菌群的PKS酮基合成酶结构域(Ketosynthase,KS)的保守区域序列信息设计简并引物,并构建了KS DNA序列文库.经测序获得131条新型KS序列,该结果表明红树林土壤微生物中蕴含了许多新型的聚酮类化合物合成酶.为了进一步获得聚酮合酶基因(簇),我们通过土壤微生物宏基因组Cosmid文库的构建与筛选,得到了13个属于trans-AT PKS,cis-AT PKS,NRPS/PKS Hybrid等类型的聚酮合酶的基因(簇),并通过构建KS序列的系统进化树分析了样本中聚酮合酶的多样性组成.     

口腔微生物群落与疾病研究进展

人体口腔微生物群落由700余种细菌、真菌、病毒等构成。口腔微生物与龋病、牙周病、牙髓及根尖周感染等多种口腔疾病及心血管等口腔以外部位疾病密切相关。传统观点认为口腔关键致病优势菌是相关疾病发生、发展的关键因素。近年来,随着"人类微生物组计划"的实施及宏基因组学相关项目的开展,加深了对口腔微生物群落的认识,支持了群落结构的生态失衡学说。将口腔微生物群落大数据信息转化为具有实际运用价值的临床诊疗手段,具有重大意义。从常见口腔及相关系统性疾病微生物群落研究进展入手,介绍了口腔微生物群落与疾病的关系,指出了建立基于微生物群落信息的疾病诊疗系统,实现疾病个体化诊疗的新思路。     

基于宏基因组测序技术分析连作对杨树人工林土壤微生物群落的影响

为了了解连作人工林土壤微生物群落的演变动态,以Ⅰ代和连作Ⅱ代杨树人工林为研究对象,提取土壤微生物基因组DNA并进行宏基因组测序分析,结合土壤酚酸含量测定,分析阐明连作杨树人工林土壤微生物群落演变动态及其与土壤酚酸类化感物质累积的相关性。结果表明:杨树人工林土壤中共检测到细菌域微生物类群8个门63属,其中芽孢杆菌属(Bacillus)为优势菌群,Ⅰ代和连作Ⅱ代林之间土壤微生物群落多样性和均匀性没有显著变化。连作Ⅱ代林土壤中9属微生物丰度显著升高(P0.05),7属微生物丰度显著下降(P0.05),连作对杨树人工林土壤微生物群落组成和丰度有显著影响(P0.05);参与DNA修复与蛋白重组,次生代谢物的合成、转运与代谢等代谢功能的基因丰度显著下降(P0.05)。连作Ⅱ代林土壤酚酸总量显著升高(P0.05),并与土壤微生物群落组成和丰度显著相关。     

AFLP分子标记技术及其应用研究进展

AFLP是新近发展起来的一种DNA指纹技术，该方法重复性好、特异性高、能反映生物基因组的细微变化，在生物遗传多样性研究、品系分析、高密度遗传图谱的构建、微生物分型与鉴定、生态位变化、抗性育种、动物近交系选 育、疾病诊断等方面应用广泛。本简述了AFLP分子标记的基本大批量、方法与特点以及在动植物、微生物、生态群落等方面研究中的应用和发展前景。     

16S rRNA基因技术在油藏微生物生态研究中的应用

分子生态学技术的发展大大促进了人们对环境中微生物群落的研究，也为研究油藏微生物群落和微生物采油技术提供了一个新的工具，尤其16S rRNA基因技术应用于油藏微生物生态研究．该技术克服了基于细胞水平研究方法的不足，能更准确、更客观地揭示油藏微生物的多样性、群落动态变化、种群结构及进化等方面的信息．文章简要综述了16S rRNA基因技术发展历程及在环境微生物生态学中的应用，详细概述了16S rRNA基因技术在油藏微生物生态研究中的地位和作用以及用于油藏微生物生态研究的16S rRNA基因技术，讨论了16S rRNA基因技术目前在油藏微生物生态研究中存在的问题，通过实例论证了该技术的现场应用效果，重点介绍了胜利油田利用T-RFLP、DGGE等分子生态学技术在河口采油厂罗801区块空气辅助微生物驱和单12区块内源微生物驱研究中的应用，阐明了分子生态学技术在微生物提高原油采收率研究中的重要的意义．     

大庆油田聚驱后油藏细菌群落演替规律研究

应用分子生态学方法,研究了大庆油田聚驱后油藏微生物调剖过程中细菌群落结构变化规律。从大庆油田聚驱油藏样品中提取总DNA,扩增其16S rDNA片段,PCR-DGGE实验,通过切胶测序分析研究了细菌群落结构演替规律。微生物调剖试验结果显示,日产液下降3吨,日产油量提高11吨,含水量下降4吨。PCR-DGGE结果显示,北-2-4-P49主要的优势种群为假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、不动杆菌属(Acinetobacter sp.)、梭菌属(Clostridia bacterium)、热微菌属(Thermomicrobium sp.)、厚壁菌属(Firmicutes bacterium)和一些未知菌属。细菌多样性丰富,群落结构变化较大。对微生物调剖前后细菌群落结构的研究可以为微生物采油过程提供技术指导和实际参考。     

微生物DNA条形码技术的研究进展

微生物DNA条形码技术是利用DNA条形码作为标记进行微生物物种鉴定的技术,目前在微生物的研究中应用广泛。本文综述了微生物DNA条形码技术在应用中的优势、局限性和发展,为微生物DNA条形码技术的进一步应用提供参考。