宏基因组技术在筛选未培养微生物中新型酶的研究进展

介绍了宏基因组文库的构建及酶基因的筛选方法,对瘤胃、土壤及其他环境中微生物宏基因组文库的构建和酶基因的筛选研究进行了综述,同时就宏基因组技术在未培养微生物研究中的应用进行了展望。     

土壤微生物元基因组技术的应用研究

对元基因组文库的概念进行了详细的阐述,对国内外利用元基因组技术进行土壤微生物方面的研究进展、文库构建流程及筛选技术进行了综述,以期促进国内这一国际热点领域的研究。     

叶围微生物宏基因组文库的构建和分析

宏基因组文库技术是开发利用未培养微生物基因资源的有效途径。采用CTAB-SDS法直接从植物叶面沉积样品中提取基因组DNA,构建了以puc19为载体的基因组文库,共获得8126个阳性克隆,文库DNA总容量约30.1MB,平均插入片段长度为3.8kb。叶围微生物基因组文库的成功构建,对于以后研究植物和叶围微生物的关系有重要意义。     

瘤胃微生物培养组学研究及Hungate1000计划项目进展

瘤胃微生物培养组学是为研究复杂、多样、未知的瘤胃微生物,以微生物培养技术、rDNA分析技术、MALDI-TOF-MS分析技术为基础而构建的研究方法。微生物培养组学的诞生,为Hungate项目的启动创造了有利条件,与此同时,Hungate1000计划项目促进了瘤胃微生物培养组学技术的应用及创新。为了解瘤胃微生物培养组学及Hungate1000计划项目,对两者近年来的研究及进展进行了综述。     

独龙牛瘤胃细菌纤维素酶基因克隆

[目的]从分子生物学水平对独龙牛的瘤胃纤维素酶基因资源进行筛选及酶学特性研究,为后续开发利用新的纤维素酶提供参考依据,也为揭示瘤胃微生物降解纤维素的作用机理打下基础.[方法]提取独龙牛瘤胃微生物中的大片段基因组DNA,构建瘤胃微生物基因组文库,并进行纤维素酶活性筛选,筛选获得的高活性基因经测序后进行生物信息学分析与酶学性质研究.[结果]从独龙牛瘤胃中共获得20352个阳性克隆,白斑率达92%,构建的瘤胃微生物基因组文库容量899.6 Mb,空载率1.82%.从瘤胃微生物基因组文库筛选获得2个具有纤维素酶活性的阳性克隆(B1和B2),其中,B1基因序列长1230 bp,编码409个氨基酸,基因编码产物与来自Ruminococcusalbus纤维素酶基因编码产物(β-1,4-内切葡聚糖酶,GenBank登录号P23661.1)的覆盖率高达99%,其同源性高达97%;B2基因序列长1002 bp,编码333个氨基酸,基因编码产物与Unculturedmicroorganism纤维素酶基因编码产物(纤维糊精酶,GenBank登录号ADB80112.1)的覆盖率高达99%,其同源性为83%.B1和B2基因可在Rosetta原核表达宿主菌中成功诱导表达,B1纤维素酶的最适pH为6.0,最适温度40℃;B2纤维素酶的最适pH为6.0,最适温度40~50℃.[结论]从构建的独龙牛瘤胃微生物基因文库中筛选获得2株具有较高活力的纤维素酶(B1和B2),其中,B1为β-1,4-内切葡聚糖酶,而B2为新的纤维糊精酶,可为纤维素的体外降解提供新型材料.     

瘤胃微生物基因组文库中BAC末端序列分析

基于前期从瘤胃微生物基因组文库中筛选的功能酶克隆菌,利用T7和pIBRP引物,测定功能酶克隆菌的BAC末端序列,并利用NCBI Blast系统对BAC末端序列进行分析.结果表明:共得到26条BAC末端序列,经Blast比对分析,与已知编码基因的匹配度低,而大部分BAC末端序列与阪崎肠杆菌和环境中的微生物匹配度高,说明瘤胃中的微生物与其它环境中的微生物具有一定的相似性,进一步丰富了对瘤胃微生物的认识.     

微生物宏基因组学及其在瘤胃微生物研究中的应用

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。     

实时荧光定量PCR技术在研究反刍动物消化道微生物菌群生态学上的运用

建立在以培养为基础的传统的估测瘤胃细菌的方法正在快速地被以核酸为基础的现代技术所取代。这些技术以SSUrDNA序列分析为基础，SSUrDNA序列分析提供了建立在系统发育树上的分类体系，用来记数和鉴定微生物菌群。最近包括PCR在内的许多分子生物学方法，提供了不依赖于培养的新技术，使人们对瘤胃微生物群落组成和丰度有了进一步了解。实时荧光定量PCR技术作为一种核酸定量的手段，以其高灵敏性、高特异性、高精确度、实时性、污染少等优点，在瘤胃微生物生态学中逐渐得到广泛的应用。文章就利用实时荧光定量PCR技术定量瘤胃纤维分解菌和产甲烷菌的发展过程进行了报道。     

应用宏基因组技术从微生物中获得活性物质的研究进展

采用传统培养的筛选方法,地球上99%以上的微生物还没能被人类开发生产活性物质,这使得自然界中微生物资源的开发利用受到极大限制。宏基因组文库技术的应用避开了微生物纯培养的问题,极大拓展了微生物资源的利用空间,目前被广泛应用于各种新的酶及活性物质的研究。在重点介绍宏基因组文库的构建及筛选方法等,以及宏基因组技术在微生物活性物质筛选中应用的基础上,对宏基因组研究存在的问题进行了探讨。     

六个不同品种牛的瘤胃微生物群落的比较分析

分析不同品种牛的瘤胃微生物群落结构的差异,构建了1个鲁西肉牛瘤胃细菌16S rDNA文库,并从公共数据库中搜集来自荷斯坦奶牛、晋南牛、牦牛、黄牛和Hanwoo的9个16S rDNA文库,对序列多样性和文库组成等进行比较分析.结果发现:鲁西内牛瘤胃细菌16S rDNA文库共有122个克隆,可分为109个操作分类单元.文库中91%的克隆来自未培养细菌,拟杆菌(Bacteroidales)和梭菌(Clostridiales)是其中的优势菌祥.文库的定性和定量比较表明饲喂不同日粮的5个荷斯坦奶牛16S rDNA文库组成类似,而与鲁西肉牛等亚洲品种的文库存在显著差异.结果表明,牛的品种是瘤胃细菌群落差异的重要因素,对瘤胃细菌群落组成的影响大于日粮或其他因素.     

Metagenomic discovery of biomass-degrading genes and genomes from cow rumen

The paucity of enzymes that efficiently deconstruct plant polysaccharides represents a major bottleneck for industrial-scale conversion of cellulosic biomass into biofuels. Cow rumen microbes specialize in degradation of cellulosic plant material, but most members of this complex community resist cultivation. To characterize biomass-degrading genes and genomes, we sequenced and analyzed 268 gigabases of metagenomic DNA from microbes adherent to plant fiber incubated in cow rumen. From these data, we identified 27,755 putative carbohydrate-active genes and expressed 90 candidate proteins, of which 57% were enzymatically active against cellulosic substrates. We also assembled 15 uncultured microbial genomes, which were validated by complementary methods including single-cell genome sequencing. These data sets provide a substantially expanded catalog of genes and genomes participating in the deconstruction of cellulosic biomass.     

瘤胃微生物总DNA提取方法的比较

目前如何获得完整的瘤胃微生物总DNA是对瘤胃微生物在分子水平研究中关键的一步。瘤胃微生物总DNA分子片段很大,大概在15kb￣20kb,因此需要选择一种合适的提取方法来获得完整的总DNA片段。笔者研究采用物理方法如玻璃珠研磨震荡法、反复冻融法、超声波破碎法、液氮研磨法等,化学方法如表面活性剂十二烷基磺酸钠(sodiumdodecylsulfate,SDS)、溴化十六烷三甲基铵(CetyltrimethylAmmoniumBromide,CTAB等),酶解法(溶菌酶、蛋白酶K等)相结合,并对其进行比较,选择最佳的提取方法,使其符合以后PCR扩增要求以及其它后续研究工作。试验结果表明用玻璃珠研磨震荡加CTAB提取液的方法、反复冻融加SDS提取液的方法提取的瘤胃微生物总DNA的效果高于其它方法,并且通过电泳以及PCR检测,所提取的DNA的量适于进一步的分子生物学研究。     

双峰驼瘤胃微生物总DNA的提取与纯化

[目的]提取高质量的双峰驼瘤胃微生物总DNA,为采用免培养技术研究双峰驼瘤胃微生物奠定基础.[方法]采集双峰驼瘤胃内容物,用酶解(溶菌酶、蛋白酶K)、冻融和表面活性剂十二烷基磺酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)、溴化十六烷三甲基铵(Cetyltrimethyl Ammonium Bromide,CTAB)多种处理相结合,提取微生物总DNA,并用Omega Gel Extraction kit纯化.[结果]提取到的瘤胃微生物总DNA片段大于23 kb,纯化后的DNA可用于PCR,酶切及克隆等进一步的分子生物学研究.[结论]用该提取方法得到的总DNA能够满足分子生物学试验的要求.     

瘤胃纤维素酶来源的微生物及其作用机制

纤维素酶是一种高效的生物催化剂,在纤维素类物质的利用方面发挥着重要作用.瘤胃来源的纤维素酶是一类能够分解瘤胃中纤维素类物质的酶或酶系,能将纤维素类物质分解成葡萄糖供给动物生长所需.对纤维素进行了概述,分析了瘤胃纤维素酶来源的细菌、真菌和其他微生物种类和分泌的纤维素酶以及瘤胃各类微生物对纤维素的降解过程,并对纤维素酶的种类和降解机理进行了阐述,为进一步研究瘤胃纤维素酶提供参考.     

黄淮白山羊瘤胃微生物Fosmid文库的构建与分析

采用CTAB法和蛋白酶K法提取黄淮白山羊瘤胃微生物总DNA,酶切获得DNA片段,大小为23～50 kb,以E.coli EPI300为宿主细胞,构建瘤胃微生物宏基因Fosmid文库。研究发现该文库共获得克隆28 800个,插入片段大小约35 kb,空载率小于2%,容量1 008 Mb。通过羧甲基纤维素酶和木聚糖酶(Xylanase)活性筛选,分别获得具有两种酶活性的阳性克隆60和32个,木聚糖酶和羧甲基纤维素酶(CMC,Carboxymethyl cellulase)共同作用阳性克隆15个。通过已测序MF3木聚糖酶阳性克隆酶学活性分析,该木聚糖酶在最适应pH 4.5, 40℃条件下,酶活力为79.287μ·mL~(-1)。为进一步研究黄淮白山羊瘤胃内纤维素酶(Cellulase)基因奠定基础。     

定量检测瘤胃纤维降解细菌的RT-PCR法

 【目的】建立一种适用于瘤胃主要纤维降解细菌的RT-PCR定量检测方法,通过培养技术监测瘤胃纤维降解细菌在不同环境下的数量变化,为深入研究反刍动物瘤胃发酵机理以及对纤维素资源的有效利用提供技术支持。【方法】分别以Fibrobacter succinogenes、Ruminococcus flavefaciens与Ruminococcus albus 的16SrDNA为靶序列设计相应的引物,建立SYBR GreenⅠRT-PCR定量体系。【结果】本研究所采用的引物及相应的PCR反应体系具有较高的特异性和灵敏度,检测极限可达50拷贝。采用RT-PCR方法检测瘤胃纤维降解细菌的定量结果与传统计数结果具有一致的变化趋势,相关性较高（r2=0.9591,P＜0.05）,表明RT-PCR定量检测方法可以较为准确、迅速的检测绵羊瘤胃纤维降解菌群的数量随环境变化的情况。【结论】本研究所建立的RT-PCR检测方法能够较准确反映瘤胃纤维降解细菌数量的变化。     

VR技术在公共图书馆老年读者服务中的应用研究

[目的/意义]人口老龄化趋势下公共图书馆老年读者服务压力增加,老年读者服务问题亟需解决,将VR技术具体应用于老年读者服务,成为了提升公共图书馆服务水平新的突破方向。[方法/过程]结合公共图书馆老年读者服务具体实践,从老年读者服务软硬件两方面出发,分析公共图书馆在老年读者服务中的具体问题,将VR技术中具体技术与公共图书馆老年读者服务设施、环境、资源、服务等相结合进行研究。[结果/结论]研究发现,将VR技术具体应用到公共图书馆老年读者服务,能够帮助老年读者熟悉场馆,并提供资源检索和展示服务、技术设备培训服务、模拟宣传线下活动服务,突破老年读者服务现有困境,为公共图书馆老年读者服务提供一定的科学依据和实践指导。     

温泉土壤宏基因组文库构建及普鲁兰酶筛选

[目的]构建温泉土壤宏基因组文库并进行普鲁兰酶活性筛选,以期获得高活力、耐高温的新型普鲁兰酶基因.[方法]采用间接法提取温泉土壤样品中宏基因组DNA,经Sephadex G200（含2％ PVPP）凝胶柱和电洗脱两步纯化后,扩增16S rRNA序列,通过序列比对和系统发育进化树分析温泉土壤微生物的多样性;然后以pCC1FOS为载体构建温泉土壤宏基因组文库,并对所获得的宏基因组文库进行活性筛选.[结果]利用宏基因组技术提取温泉土壤样品中微生物的基因组DNA,构建了一个约含1 146个克隆的温泉土壤16S rRNA文库,经遗传进化分析,发现温泉土壤样品中的大部分微生物未被研究过,主要来源于厚壁菌门（Firmicutes）,其次为恐球菌—栖热菌门（Deinococcus-Thermus）和变形杆菌门（Proteobacteria）.用提取获得的宏基因组DNA成功构建了温泉土壤微生物宏基因组Fosmid文库,文库约含2.7万个克隆,平均插入片段长度为40.0 kb,文库外源DNA总容量为1.2×10^9bp;通过活性筛选共获得9个可表达普鲁兰酶活性的克隆.[结论]宏基因组文库技术是获取极端环境微生物新酶的有效手段,可为进一步挖掘普鲁兰酶的应用潜力及研究其耐热机理奠定基础.     

凹土陶粒固定微生物对农村生活污水的处理效果

[目的]研究利用凹土陶粒固定微生物处理农村生活污水的效果。[方法]利用凹土陶粒固定微生物处理农村生活污水,研究其对COD和NH4＋-N的去除效果,同时研究DO浓度变化对COD和NH4＋-N去除效果的影响。[结果]凹土陶粒固定微生物对农村生活污水COD和NH4＋-N浓度波动有很好的适应性,处理效果稳定。[结论]该研究可为农村生活污水的处理提供一种经济有效的方法。