宏基因组学.doc

宏基因组学宏基因组学研究进展姚刚(厦门大学生命科学学院福建厦门361005)摘要:宏基因组(Metagenomics)是指在特定环境中全部遗传基因的总和。宏基因组技术直接提取环境样品总DNA,避开了微生物分离培养的问题,极大扩展了微生物资源的利用空间,增加了获得新生物活性物质的机会。本文简要介绍了宏基因组的概念以及研究策略,同时还介绍了相关的研究进展。关键词:宏基因组;宏基因组学;宏基因组文库构建;宏基因组文库筛选中图分类号:Q356(1文献标识码:A宏基因组(Metagenomics)是指在特定环境中全部遗传基因的总和。伴随着分子生物学技术的快速发展,上个世纪的90年代宏基因组学(Metagenomics)出现。所谓宏基因组学是指不经过微生物培养直接提取环境中的总DNA,从而对微生物的基因总和进行研究的一门[1]新科学。据估计在自然界中,%-1%.宏基因组学通过从环境样品中提取全部微生物的遗传基因,从而使得一些原本难以研究的不可培养微生物的研究成为了可能,跨越了微生物研究的初始瓶颈。目前,宏基因组学应用的研究范围已经从原来最初的对土壤中的微生物的研究,扩展到了对海洋底部沉积物、空气悬[2,3,4]浮物、动植物附生微生物的研究以及环境生物修复。本文就宏基因组学的研究策略,热点研究内容进行了探讨介绍,并对其发展前景进行了展望。1宏基因组学的研究策略宏基因组学作为一种新兴的微生物研究方法,增加了获得新生物活性物质的机会。其研究策略的主要如下:样品中基因富集;提取特定环境中基因组DNA;构建宏基因组的文库;筛选目的的基因以及活性产物的表达。,目的基因只占总基因的一小部分,因此,要提高目的基因的获得,就要对环境中的基因记性预先富集。富集的手段主要集中在两个方面:基因组水平和细胞水平。细胞水平的富集主要是利用选择性的培养基对目的微生物进行富集培养。但是这种富集方法有一定的缺陷性。首先,这种富集方法只能富集生长快速的菌群,而目的基因存在的菌群可能由于不具备这个特性而被丢失。基因组水平富集常用的技术为稳定同位素探针技术(SIP),原理是采用稳定同位素标记底物,其中的“重”原子掺入到具有代谢活性的微生物核酸中,采用密度梯度离心的方法将“重”的DNA与“轻”组分分离,被标记的“重”核酸可以作为[5]PCR的模板,用来构建宏基因组文库。另外还有一些其他的手段来富集目的基因如:DNA微[6][7]小矩阵法、,为了后面文库的构建,在宏基因组DNA获得的过程中,应该尽可能的让DNA的浓度高,片段大一些。这就要求对处理后要的宏基因组DNA进行提纯。处理的手段主要有两种,一种是样品不经过培养和分离,直接破碎释放胞内DNA,然后进行相应的纯化,这种称为原位提取法。这种方法简便省时,而且DNA完整性好,可以用来反应环境中的菌群多样性。但是这种方法在获取DNA的时候容易受到样品环境中一些未知因素的影响,导致纯化效果不佳。另一种方法是先通过离心等手段,将环境中的菌群分离出来,通过纯培养的方法获得大量细胞,,外界污染较少,但是比较繁琐费时,而且DNA的收集率偏低,不利于对菌群多样性的分析