微生物种类多, 分布广, 适应力强, 据估计仅原核生物数 量就达 4 10 ~ 6 10 。微生物广泛存在于大气、 土壤、 水和生物体 , 在人类的生活和生产中起着不可替代的作用。 长期以来, 人们对微生物的研究大多局限于实验室纯培养的 微生物, 然而实验室条件下可培养的微生物占不到自然界微 [ 2- 4] 生物总数的 1% , 99 % 以上的微生物无法实验室纯培养 , 实际上未 ( 难 ) 被纯培养的微生物才是环境微生物的主体
基金项目 作者简介 收稿日期 安徽省自然科学基金资助项目 ( 090411019) 。 安娜 ( 1984- ), 女 , 安徽蚌 埠人 , 硕 士研究 生 , 研究 方向 : 营 养与分子生物学 。 * 通讯作者 , E m ai: l ll m 56 @ ahau . edu. cn 。 2009 11 23
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。谭婉新等以柯
斯质粒为载体构建了 1 个含约se 活性又表 达 42 MU C ase 酶活性的克隆
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。郭鸿等构建了水牛瘤胃未的独立克隆, 并对其中 1个克隆进行 亚克隆及序列分析, 表明该基因的编码产物可能是来自水牛 瘤胃未培养微生物中的 1个新的 3 小结 葡萄糖苷酶
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,
这就大大限制了人们对自然界中微生物的探索研究。近年 来 , 现代分子技术和基因组学研究的迅速发展, 为微生物的 研究提供了一种新方法即宏基因组学 ( M etageno m ics) 。 1998 年 , H andelsm an等提出了绕过菌株分离培养直接在基因水平 上研究和开发未培养微生物资源的技术, 即环境生物宏基因 组学 ( m etageno m e) 。 m etageno m e指的是自然环境中某一特 定环境中微生物群落的基因组总和 , 它包含了远比那些可培 养的类群更海量的信息 。宏基因组研究通过提取特定环 境中所有微生物的基因组 DNA, 并克隆到合适的载体, 从而 建立起不需要针对功能基 因分离特定的微生物, 使得研究工作更加方便。 1 环境基因组的构建 宏基因组学的基本方法是直接分离未培养微生物的基 因组 DNA ( eDNA ), 通过载体连接克隆到可培养微生物中 , 最后通过功能或序列筛段的 获得 , 要尽可能多地得到样品中的 DNA, 并且充足完整的基因或基因簇。 1. 1 总 DNA 提取方法 总 DNA 提取方法一般有 2 种: 直 [ 6] [ 7] 接法 和间接法 。直接法也叫细胞原位裂解法, 就是直接 将样品悬浮在裂解缓冲液中处理, 然后再进行 DNA 提取。 这种方法的优点是操作简单且成本低, 可以获得高产量的 DNA。但由于机械损伤 的作用, 所提 取的 DNA 片段 较小
安徽农业科学, Jou r n al ofAnhu iAgr.i Sc. i 2010 , 38( 7 ): 3328 - 3330
责任编辑
胡剑胜
责任校对
况玲玲
微生物宏基因组学及其在瘤胃微生物研究中的应用
安 娜, 李吕木 , 程建波
* (安徽农业大学动物科技学院, 安徽合肥 230036)
摘要 宏基因组学可以在非实验室纯培养的条件下直接获取环境微生物 DNA, 并对其基因组进行分析, 将其克隆到合适的载体上 , 筛选 所需要功能基因。 就微生物宏基因组学及其在瘤胃微生物研究中的应用作一综述。 关键词 宏基因组 ; 瘤胃微生物 中图分类号 Q 93 文献标识码 A 文章编号 0517- 6611( 2010) 07- 03328- 03 M icrob ialM etagenom ics and Its Application in R u m en M icrobiology R esearch AN N a et al ( Co llege o fAn m i al Science and Technology , AnhuiA gr iculturalU niversity , H efe,i Anhu i230036) A bstract Environm enta lM icrobia lDNA was acqu ired directly by etageno m ics under the conditions of pure culture and non laboratory , and its geno m e was analyzed, cloning into a suitab le vector , screening the required functional genes. the m etageno m ics and its app lication in ru m en m icroorganis m s research were revie w ed . K ey w ords M e tagenom ics ; Ru m en m icroorgan ism
[ 1] WH I TMAN W B , COLE M AN D C ,WI EBE W J . Pr ok aryotes : the unseen m ajority [ J]. ProcNatlAcad SciUSA, 1998 , 95 : 6578- 6583 . [ 2] HANDELS MAN J , RONDON M R, BRADY S F, et a. l M olecular biological access to the chem is try of unknown soilm icrobes : a new fron tier for natural p roducts[ J]. Chem B io, l 1998 ,5 : 245- 249 . [ 3] TORSV I K V, OVREAS L. M icrob ial divers ity and function in soi:l from genes to ecosystem s[ J]. Curr Op inM icrobio,l 2002 ,5 : 240- 245 . [ 4] HANDELS MAN J . M etagenom ics : app lication of genom ics to uncultu red m icroorgan is m s[ J]. M icrob iolM o lB iolRev, 2004 , 68 : 669- 685 . [ 5] V I GD I S T, VREAS L. M icr obial d iversity and fun ction in soi:l from genes to ecosystem s[ J]. Curr Op in M icrobio,l 2002 , 5( 3): 240- 245 . [ 6] ZHOU J , BRUNS M A, TI EDJE J M. DNA recovery from soils of d iverse compos ition [ J]. App lEnvir onM icrobio,l 1996 , 62 : 316- 322 . [ 7] STE I N J L, MARS H T L, WU K Y, et a. l Characterization of uncu ltivated p rokaryotes : isolation and analysis of a 40 k ilobase pair genom e fragm ent from a p lanktonicm arine archaeon[ J]. J Bacterio, l 1996 , 178 : 591- 599 . [ 8] HENNE A, DAN I EL R, SCHM I TZ R A, et a. l Construction of environm en tal DNA libraries in E scherich ia coli and screen ing for the presence of genes conferring utilization of 4- hydroxybutyrate [ J]. Appl Environ M icrob io,l 1999 , 65 : 3901- 3907 . [ 9] ENTCHEVA P, LIEBL W, JOHANN A, et a. l D irect clon ing from enrich m ent cultures , a reliab le s trategy for isolation of comp lete operons and genes from m icrob ial consortia [ J]. App lEnvironM icrob io, l 2001 , 67 : 8999 . [ 10] BE J A O, SUZUK IM T, KOONI N E V, et a. l Construction and analysis of bacterial artificial chrom osome libraries from a marine m icrob ial asse m b lage[ J]. E nviron M icrob io, l 2000 ,2 : 516- 529 . [ 11] PARK H J , JEON J H, KANG S G, et a. l Functional express ion and re fold i ng of new alkaline esterase, E M 2L8 from deep sea sedm i entm etage nom e[ J]. Protein Expr Puri, f 2007 , 52 : 340- 347 . [ 12] WANG G Y, GRAZI AN I E , WATERS B , et a.l Novel natural products from soilDNA libraries in a streptomycete hos t[ J]. O rg Let, t 2000 ,2 : 2401 - 2404 . [ 13] MART I NEZA, KOLVEK S J , YI P C L, et a.l Geneticallym od ified bacteri al strains and novel bacterialartificial chromosom e shuttle vectors for con structing env ironmen tal libraries and detecti ng heterologous natural prod u cts in mu ltiple exp ression hosts[ J]. Appl Environ M icrob io, l 2004 , 70 :