肠道微生物宏基因组文库构建及酯解酶基因筛选

利用宏基因组学方法,以人肠道微生物样品为原材料,构建了1个约30 000个克隆的fosmid文库.以三丁酸甘油酯为底物,通过功能筛选,获得1个酯解酶阳性克隆.对该阳性克隆构建亚克隆,挑选具有酯解酶活性的阳性亚克隆进行测序分析,最终获得1个肠道微生物来源的酯解酶基因(GenBank登录号:JQ972699).结果表明,文库克隆的平均插入片段约为40 kb,没有重复插入片段克隆.获得的酯解酶基因推演蛋白与Pyramidobacter piscolens W5455的patatin样磷脂酶同源性最高,氨基酸一致性为95％.生物信息学分析结果表明该基因可能通过Vd型分泌方式进行分泌并发挥功能.本研究是通过构建人肠道微生物宏基因组大片段文库并结合重组子功能筛选获得酯解酶的首次报道,可为食品工业提供新的酯解酶来源和筛选方法.     

南极中山站附近海水微生物多样性和宏基因组分析

以中国第34次南极科考采集的中山站附近海域5个站点海水样品为研究对象,通过Illumina高通量测序,鉴定微生物组成和微生物群落结构,发现中山站取样的海水中变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)最为丰富,其次为蓝细菌(Cyanobacteria),属水平上黄杆菌属(Flavobacterium)和嗜冷杆菌属(Psychrobacter)含量最多,均超过20%。首次在南极海水中发现UBA1315属微生物,功能注释分析显示含有丰富的DNA修复基因,可能有助于适应南极恶劣环境。对中山站和罗斯海上层海水以及南北极不同地理位置海水微生物比较发现,变形菌门、拟杆菌门和蓝细菌在所有海水中普遍存在,变形菌门为优势菌,蓝细菌在南极海水中含量丰富,罗斯海上层海水比中山站海水微生物多样性丰富,且主要菌群丰度不同。初步揭示了中山站附近海域微生物群落组成,为后续进一步研究南极中山站海水微生物资源调查和功能开发研究提供一定的基础数据。     

基于宏基因组分析菌渣微生物群落组成和功能多样性

为探究双孢菇菌渣发酵过程中微生物菌群组成变化和功能多样性,对双孢菇菌渣加猪粪混合堆肥的0、8 、16和20  d样品进行宏基因组测序,分析菌渣堆肥过程中微生物群落组成的变化并挖掘其功能基因。结果表明：（1）双孢菇菌渣有机肥发酵初期0  d时与发酵8 、16  和20  d时的微生物群落组成变化较大,同时在KEGG数据库中进行功能多样性分析和聚类分析发现0  d、8  d样本距离相对较近,16  d和20  d样本距离相对较近。（2）从不同时间段的菌渣有机肥中一共鉴定出28  257个种,其中发酵0 、8 、16  和20  d样本物种分别占物种总数的61.04%、85.35%、86.08%和85.40%。（3）自然发酵0  d时优势菌门为厚壁菌门,随着发酵时间的增加优势菌门逐渐变为变形菌门、拟杆菌门和放线菌门等;芽孢杆菌科及类芽孢杆菌科在发酵过程中一直为关键菌科;优势菌种为热噬淀粉芽胞杆菌和嗜热芽孢杆菌。（4）菌渣发酵过程中功能基因主要位于碳水化合物代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢和辅因子和维生素的代谢途径;碳水化合物酶占比较多的为糖基转移酶和糖苷水解酶,最低为多糖裂解酶,分别占比为38.8%、38.1%和1.2%;丰度最高的3个抗性基因分别为多耐药性抗性基因、大环内酯抗性基因和四环素抗性基因。     

红茶菌发酵液宏基因组分析

对3个发酵批次的红茶菌发酵液进行宏基因组序列分析,采用数据库进行比对,发现红茶菌发酵液中存在短乳杆菌、植物乳杆菌、食窦魏斯氏菌、发酵乳杆菌、戊糖乳杆菌、融合魏斯氏菌、罗伊氏乳杆菌、柠檬明串珠菌、类植物乳杆、副干酪乳杆菌、乳酸片球菌等具有益生功能的细菌。宏基因组注释到的功能基因共有76 512个,其中与代谢过程注释到的功能基因数最多,且这些代谢途径上注释得到的菌株多数是益生菌株,主要参与了与碳水化合物代谢相关的三羧酸循环、柠檬酸循环、磷酸戊糖途径、糖酵解等;与氨基酸代谢相关主要有丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢途径、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸等代谢途径。     

奶牛瘤胃微生物BAC文库中脲酶克隆的筛选与分析

利用脲酶选择性培养基,从奶牛瘤胃微生物BAC文库的15 360个克隆中筛选得到了12个脲酶克隆.利用酚-次氯酸法对脲酶克隆子的酶学性质分析,表明均具有不同的尿素分解能力,酶的活力范围是30～2 466 U/mg.脲酶阳性克隆插入片段大约是60 kb,限制性内切酶Hind Ⅲ酶切图谱表明,各个克隆具有不同DNA片段,其中脲酶Urease 1、Urease 3、Urease 4和Urease 9的最适pH8.0,最适温度为60℃.本研究从奶牛瘤胃微生物BAC文库中筛选到了具有脲酶酶活特性的克隆.     

西北高海拔地区放养偶蹄类动物肠道微生物多样性的宏基因组比较研究

[目的]分析西北高海拔地区偶蹄类动物肠道的微生物多样性。[方法]从动物粪便样品中提取全部微生物的DNA,利用宏基因组学方法,通过高通量测序及生物信息学分析对肠道微生物多样性及群落功能进行比较。[结果]在相似的地理环境下,不同物种偶蹄类动物的肠道微生物多样性存在高度的相似性,暗示着生存环境对动物肠道微生物的多样性发挥着重要影响。[结论]该研究初步阐明了西北地区高海拔环境下不同种类动物的肠道微生物多样性,为进一步了解高原环境中微生物的构成提供了重要参考。     

养猪发酵床微生物宏基因组基本分析方法

养猪微生物发酵床分解猪粪、消除恶臭,将猪粪形成生物菌肥,实现了养猪污染的微生物治理和猪粪的资源化利用,微生物起到关键作用。然而,关于发酵床微生物群落的种类、数量、结构等方面系统研究鲜见报道。课题组采用高通量宏基因组学方法,系统地开展了微生物发酵床的微生物组研究,揭示不同空间、不同深度、不同发酵程度、不同垫料组成、不同季节发酵床中的微生物组成及其区系演替规律。本文就相关的宏基因组测序的样本采集、样本处理、测序原理、分析模型、数据统计、结果表述等分析流程和方法进行了归纳,阐明微生物组操作分类单元(OTU)鉴定,物种累积曲线,核心微生物组,种类丰度主成分分析,种类秩-多度曲线,物种组成丰度柱状图、热图、星图等分析的原理与方法,列举微生物组种类复杂度α-多样性分析、β-多样性分析、种类显著性差异LEfSe分析,冗余分析等实例,为深入研究发酵床微生物群落提供了完整的分析思路和范例。     

瘤胃元基因组BAC文库研究

目前，传统的分离培养技术在瘤胃微生物的研究中仍存在一些无法逾越的障碍。元基因组文库（metagenomiclibraries）及相关技术的发展，为探讨环境中未培养微生物以及复杂的微生物间关系创立了一个新的平台。将该技术应用于瘤胃微生物研究有着广阔的前景。本文综述了元基因组文库技术在瘤胃微生物研究中的应用潜力，同时介绍了初步应用BAC文库研究瘤胃微生物工作的一些进展。     

土壤宏基因组中抗草甘膦新基因的克隆及其功能验证

【目的】从土壤宏基因组中克隆新的抗草甘膦新基因,并对其功能进行验证,为培育抗除草剂转基因新品种奠定基础。【方法】利用被草甘膦污染的土壤建立宏基因组文库,经筛选从中成功克隆了一个新的具有草甘膦抗性的5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS)基因(命名为soilA)。构建了Prrn启动子驱动soilA基因的原核表达载体pSYTH-soilA,将其导入大肠杆菌进行原核草甘膦抗性试验,构建了35S启动子驱动soilA基因的植物表达载体pC330E,利用农杆菌介导法转化烟草,并对经PCR和胶体金试纸条鉴定的转基因烟草植株进行草甘膦耐受能力检测。【结果】序列分析表明,所获得的soilA基因长1 347bp,编码448个氨基酸,经BLAST分析,结果表明其属于ClassⅡ型EPSPS基因家族。原核表达soilA可使受体菌具有耐受1 200mmol/L草甘膦。构建soilA植物表达载体pC330E,通过农杆菌介导法将其导入烟草,经PCR和胶体金试纸条检测共获得107株阳性烟草植株,经过喷洒试验获得了3株高耐受草甘膦植株,这3株转基因烟草最高可耐受200mmol/L草甘膦。【结论】新克隆的编码EPSPS的soilA基因能够提高受体材料的草甘膦耐受能力。     

奶牛瘤胃微生物BAC文库中ACCase基因的筛选与生物信息学分析

 【目的】从奶牛瘤胃微生物BAC文库中筛选含乙酰CoA羧化酶(ACCase)基因的克隆子,并对其全长测序和生物信息学分析。【方法】利用PCR序列驱动筛选法,从瘤胃微生物BAC文库中筛选ACCase基因,鸟枪法测定基因序列后,进行基因注释、比对和系统发育分析。【结果】筛选得到了含ACCase基因的克隆(U12),其插入片段序列(URE12)全长43 358 bp,GC含量为43.75%,经GeneMark程序预测含有38个基因,经Signature程序预测属于变形菌门。ACCase基因(Acc-32)编码159个氨基酸,与Elusimicrobium minutum的ACCase基因具有41%的相似度,编码蛋白分子量为17.89 kD,等电点为5.27,在距离Acc-32上游的33 kb区域,发现一段能编码ACCase连接酶的基因。Acc-32的结合位点氨基酸残基为GQVICVIEAMKVFNELKA,系统发育分析表明Acc-32属于ε-变形菌纲。【结论】得到了含有ACCase基因的序列片段,并且ACCase基因具有新的结构特征。     

纤维素酶高产菌的筛选鉴定及纤维素酶基因的克隆与表达

为寻找新纤维素酶和纤维素酶基因资源,以羧甲基纤维素钠(CMC)改良的BHM培养基筛选菌株,经初筛和复筛筛选出目的菌株后,采用革兰氏染色法和16SrDNA基因片段比对法对筛选出的菌株进行鉴定;设计引物对P扩增其纤维素酶基因,连于pET-28a(+)载体构建原核表达载体并转入大肠杆菌BL21(DE3)进行表达,表达结果采用SDS-PAGE和测定表达产物活性的方法来检验。结果显示,本研究成功筛选出一株新的具有较高纤维素酶活的短小芽孢杆菌BY-1,该菌所产纤维素酶具有较好的热稳定性和酸碱稳定性,最适宜温度和pH分别为55℃和7.45,在此条件下最高酶活性为0.921 6μmol/(mL.min);此外,还成功克隆出1个1 851bp的纤维素酶新基因bglC-BY,具有GH9/CBM3纤维素酶结构,经IPTG诱导,SDS-PAGE图谱上于70ku有1个明显的蛋白条带,表达产物酶活性为0.541 3μmol/(mL.min)。本研究筛选出的短小芽孢杆菌内切纤维素酶活较高,具有一定的应用前景。     

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。     

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.     

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.     

稻瘟病抗性鉴定田土壤宏基因组文库构建及分析

从稻瘟病抗性鉴定田中提取土壤微生物宏基因组DNA,EcoRⅠ和BamHI双酶切后插入到经同样双酶切的pSK 载体中,转化至DH5α感受态细胞,构建了土壤微生物宏基因组文库。随机挑选了9个克隆测序,并通过NCBI的Blastx分析了序列可能所属的物种和基因。结果其中有6个能与库中序列达到较大匹配,3个的分析结果表明可能是新基因,说明所建文库的生物多样性和新基因数较丰富。     

Screening and characterization of a novel ruminal cellulase gene(Umcel-1) from a metagenomic library of gayal(Bos frontalis)

Gayal is a rare semi-wild bovine species found in the Indo-China.They can graze grasses,including bamboo leaves,as well as reeds and other plant species,and grow to higher mature live weights than Yunnan Yellow cattle maintained in similar harsh environments.The aim of this study was to identify specific cellulase in the gayal rumen.A metagenomic fosmid library was constructed using genomic DNA isolated from the ruminal contents of four adult gayals.This library contained38400 clones with an average insert size of 35.5 kb.The Umcel-1 gene was isolated from this library.Investigation of the cellulase activity of 24 random clones led to the identification of the Umcel-1 gene,which exhibited the most potent cellulase activity.Sequencing the Umcel-1 gene revealed that it contained an open reading frame of 942 base pairs that encoded a product of 313 amino acids.The putative gene Umcel-1 product belonged to the glycosyl hydrolase family 5 and showed the highest homology to the cellulase（GenBank accession no.YP₀04310852.1）from Clostridium lentocellum DSM 5427,with 44%identity and 62%similarity.The Umcel-1 gene was heterologously expressed in Escherichia coli BL21,and recombinant Umcel-1 was purified.The activity of purified recombinant Umcel-1 was assessed,and the results revealed that it hydrolyzed carboxymethyl cellulose with optimal activity at pH 5.5 and 45℃.To our knowledge,this study provides the first evidence for a cellulase produced by bacteria in gayal rumen.     

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.     

硒对山羊瘤胃消化代谢影响的体外研究

用３只装有永久性瘤胃瘘管的本地空怀母山羊,于晨饲后３ｈ采瘤胃液,置人工瘤胃中培养。结果表明,培养液添加硒不影响瘤有液ＰＨ值,但可提高瘤胃发酵水平,使总挥发性脂肪酸含量趋于增加,乙酸和丁酸比例明显降低,丙酸比例显著升高,Ｃ２／Ｃ３明显降低。