宏基因组学的研究进展

宏基因组学尝试通过免培方法获得微生物的纯培养,主要技术包括DNA的提取、文库的构建和目标基因克隆的筛选,可用于发现新基因、开发新的生物活性物质、研究群落中微生物多样性等方面。笔者对宏基因组学技术的方法和应用作了简要综述。     

宏组学在哺乳动物消化道微生物研究中的应用

为了能够了解微生物在宿主体内扮演的角色,有必要探明它们的遗传信息、基因表达、功能变化,及其对微生物种群和宿主带来的影响。近几年高通量测序技术的革命性发展,质谱、核磁共振技术的进步,使人们对复杂微生物系统的深入研究成为了可能,这有助于进一步揭示消化道微生物对宿主生理代谢的影响。本文综述了最新的宏组学技术在哺乳动物消化道微生物研究上的应用,主要包括近些年来16S rRNA测序、宏基因组、宏转录组、宏蛋白组、宏代谢组在人类、模型动物和反刍动物上的研究方法和最新成果,并简单概述了这些技术的优势及其现阶段所存在的不足。     

宏基因组技术及其应用研究进展

传统培养方法从环境中只能获得1%左右的微生物,而宏基因组技术作为一种不依赖于培养的新理念和新方法,可以克服上述瓶颈,使从探究环境中获得大量未能培养的微生物成为现实.宏基因组技术于10年前诞生,至今已取得了令人瞩目的进展.对宏基因组学的概念、方法和应用等方面进行了综述,以期为同类研究提供参考.     

一种基于宏基因组模拟数据的生物标志物筛选方法

鉴于生物圈中微生物资源的巨大开发潜力以及测序技术不断发展,宏基因组学研究的不断深入,微生物群落已经被看作一个整体来进行分析并且已经得到广泛应用。然而由于微生物的多样性以及微生物菌群的复杂性,使得精确确定和定量宏基因组数据中的分类单元成为宏基因组数据分析的难点。已有的宏基因组数据标记分析工具无法解决微生物群落预测结果重现的稳健性、准确性以及处理非冗余标记物方面遇到的问题。笔者提出了一个新的基于宏基因组自助抽样(metagenomic bootstrap)的生物标志物选择方法,它结合了mRMR(minimal redundancy maximal relevance)和自助抽样方法(bootstrapping),可以更加稳健、准确而有效地通过对宏基因组数据的挖掘实现非冗余标记物的筛选。基于模拟数据集,通过其与2种自上而下的方法(Metastats、LEf Se)以及自下而上的方法(Wilcoxon秩和检验)进行对比,表明本方法可以在较高准确率的基础上更加稳健地选择更多的非冗余生物标志物。     

水体宏基因组学研究进展及应用

微生物是水体生态系统中不可或缺的一环,占生物基因资源的绝大多数。目前传统的微生物研究手段只能培养0.1%-1%的环境微生物,无法整体分析水体微生物群落的构成和功能,形成了水体治理研究的瓶颈。近年来,不依赖于培养的微生物研究手段即宏基因组学的出现为解决这一难题提供了新方法。一方面宏基因组学技术可以用于研究水体的生物多样性、微生物系统中的物质代谢历程这些为研究水体污染的治理提供了可能;另一方面,用宏基因组学方法从水体中发现新型微生物来源酶具有极高的应用价值。虽然宏基因组学仍存在一些问题和不足之处,但是近年来也取得了巨大的成就,该文综述了宏基因组学的概念、方法、问题和水体宏基因组学研究进展。     

土壤微生物的宏基因组学及其研究进展

土壤宏基因组学技术是近来发展比较迅速的一种新方法,是研究土壤微生物生态学的基础,也是获是土壤中各种基因资源的一种有效手段。介绍了土壤宏基因文库的构建、筛选及土壤宏基因组研究现状和这一技术的局限性。     

宏基因组学在红树林土壤微生物研究中的应用

红树林的土壤微生物群落蕴藏丰富的自然资源,但传统研究方法复杂、低效,而且只能获得极不完全的小部分信息,近年来兴起的宏基因组学克服了这些缺点。介绍了宏基因学的主要研究方法,在此基础上总结了宏基因组学在红树林土壤微生物多样性、空间分布特征、土壤理化性质与微生物群落结构之间的关系、土壤微生物代谢产物4个方面的具体应用,最后对该领域未来的研究方向提出了展望。     

组学技术揭秘草食动物消化道真菌组成和功能

真菌是挖掘高效纤维降解酶的核心微生物。厌氧真菌能特化出氢化酶体和纤维小体结构,提高厌氧环境下自身的能量供应;也能特化出厚的细胞壁或孢子样结构增强对不良环境的适应。畜种和消化道类型、日粮结构均能影响消化道真菌的组成。基于核糖体18S/28S r RNA基因和转录组间隔区(internal spacer region,ITS)的分子标记技术为厌氧真菌数量和区系研究提供了更为精准的手段,使厌氧真菌的研究逐渐深入。28S r DNA的D1/D2区域是厌氧真菌高通量分析的首选。由于目前组学分析数据库中缺少真菌的信息,以及很难直接从消化道内容物中获取足量的真菌DNA/RNA用于宏基因组/宏转录组分析,所以基于宏基因组学/宏转录组学技术揭示消化道内真菌生理和功能的研究非常有限,是今后真菌研究应重点突破的领域。     

病毒宏基因组学的研究概况及应用

病毒宏基因组学(Viral metagenomics)是新兴起的研究环境中病毒多样性及其分子生物学信息的技术。此技术已在人类健康、动植物病毒检测、环境中病毒多样性分析方面得到广泛应用,对病毒的系统研究、病原体分析及预防具有重要意义。为拓展病毒宏基因组学的应用范围和现实作用,综述了病毒宏基因组学在动植物健康、环境问题以及病毒研究领域的研究概况及其应用展望。     

代谢组学在动物育种中的应用现状与前景展望

代谢组学是一门新兴的学科,与基因组学、蛋白质组学等共同构成系统生物学。近年来,代谢组学发展迅速,并在疾病诊断、生物医药研发、食品营养与科学、药理毒理学、环境科学、植物科学以及动物育种等众多领域均有应用。系统介绍了动物育种中小分子代谢物在遗传参数估计、品种（系）鉴定、重要经济性状鉴定、多组学关联分析以及动物疾病模型制备中的应用及最新研究进展,分析代谢组学研究中存在的问题。随着其研究方法的不断完善和优化,越来越多代谢物被人们所了解认识,在农用动物育种中代谢组学技术的研究逐渐增多,代谢组学必将成为动物育种的一种有力手段。     

宏基因组学技术在生物冶金中的应用

介绍了生物冶金的发展概况以及制约其推广应用的因素,阐述了宏基因组学技术在生物冶金中的应用,包括在开发新的浸矿微生物资源、揭示浸矿微生物群落种群关系、获取外源功能基因和在浸矿微生物抗性机制研究中的应用,展示了宏基因组学技术推动生物冶金研究发展的巨大潜力。     

毛霉型豆豉中总DNA提取的比较研究

[目的]对毛霉型豆豉中总DNA的提取方法进行比较。[方法]选用常用的3种DNA提取方法(溶菌酶法、蛋白酶K-CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)法和改良溶菌酶法)提取发酵豆豉中的总DNA,并测定总DNA的纯度,比较3种方法的优劣。[结果]通过琼脂糖凝胶电泳对提取效果进行观察比较发现,蛋白酶K-CTAB法提取豆豉中微生物的宏基因组DNA的纯度最好,质量最高。[结论]蛋白酶K-CTAB法更适合豆豉这类发酵食品宏基因组DNA粗提取,可以作为豆豉宏基因组学研究的基础。     

宏转录组学在微生物生态学研究中的应用

宏转录组学是一门在整体水平上研究某一特定环境、特定时期群体生物全基因组转录情况以及转录调控规律的学科。概述了新兴的宏转录组学在微生物生态学研究中的进展,并总结了其与微生物宏基因组学研究方法相比的优缺点。宏转录组学是一种新颖有效的方法,在微生物生态学,甚至在复杂微生物群落的生态学研究中都具有广阔的应用前景。     

益生菌在食品和人体肠道中的作用研究

正多年来,课题组一直从事益生菌资源保护及在食品和人体肠道中的作用机理研究,经过课题组所有成员多年来的共同努力和工作,取得的创新成果为:(1)利用传统纯培养结合宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白质组学和代谢组学等技术方法,从辽宁、吉林、黑龙江和内蒙古等省区103个不同地区,采集的563份自然发酵的酸菜、豆酱、辣白菜、锦州小菜、玉米发酵面团、酸马奶、酱腌菜中,分离、鉴定并保藏了1128株具有自主知识产权     

基于生物信息学的甘薯基因组学等研究进展

甘薯是重要的粮食、工业原料和新型能源作物,同时具有较高的营养价值.近年来,随着生物信息学分析手段、二代测序技术的发展,甘薯的基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学研究取得了较大进展.本文主要综述了近年来基于生物信息学技术,甘薯及其近缘野生种在基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等方面研究中的进展,为甘薯品种改良提...     

宏基因组技术构建土壤宏基因组文库研究进展

土壤中大部分的微生物不能被培养,从而限制了对土壤微生物的开发利用,宏基因组技术可以解决这一难题,成为开发微生物资源的一种工具.阐述了宏基因组文库的构建、土壤宏基因组文库的特点及筛选文库获得的一些成果,并分析了构建土壤宏基因组文库存在的问题.     

基因组学技术及其在水产动物研究中的应用综述

自人类基因组计划完成以来,基因组学进入功能研究时代。基因组研究技术引入水产动物的研究后,推进了水产动物基因组的结构和功能研究,解析和诠释了水产动物生物学现象的遗传基础和分子机制,在遗传育种、疾病防治和医药等方面的研究应用也取得较大进展。本文综述了基因组学研究中的测序技术、DNA分子标记技术、基因芯片、RNAi和基因编辑等技术的研究现状,总结这些技术在水产动物中的研究应用,分析其在水产动物研究中的机遇和挑战,为水产动物的发育、繁殖和抗逆育种等研究应用提供重要基因资源基础。     

土壤磷酸酯酶基因的筛选、克隆及酶学性质分析

利用宏基因组学的方法构建红树林土壤宏基因组文库,然后采用以三丁酸甘油酯为底物的功能筛选法对文库进行磷酸酯酶基因的筛选,并对磷酸酯酶基因进行克隆及酶学性质分析。经筛选获得1个具有酯水解活性的阳性克隆子,该克隆子含有1个1 545bp的ORF,可编码514个氨基酸,命名为phop1545。该基因表达的蛋白属于新的酯水解酶类亚家族,其分子质量约为57kD。该磷酸酯酶的最适pH值为5.5,温度为56℃,表明该酶为酸性磷酸酯酶且耐高温。     

分子生态技术在土壤线虫多样性研究中的应用

土壤线虫是评价土壤健康的重要指示生物,广泛应用于土壤生态研究。分子生态技术的应用极大地推动了土壤线虫研究的发展。综述了土壤线虫群落研究中所采用的分子生态技术:分子标记、变性梯度凝胶电泳、18S rDNA、宏基因组、分子标签PCR技术等,探讨了这些技术的优缺点,并对生态基因组学在土壤线虫研究的前景进行展望。     

水产动物基因资源和分子育种的研究与应用

基因组测序技术及各种组学技术的革命性进步,促进了基因资源发掘和分子育种技术的跨跃式发展。随着越来越多的水产动物基因组项目相继启动,水产动物基因资源和分子育种研发也随之进入快车道,为实现水产资源深度发掘利用和经济动物的批量快速育种奠定了重要的组学基础。我国在水产养殖动物基因组研究方面处于国际领先地位,但基因资源的利用及分子育种技术的研发仍存在巨大挑战。本文分析了农业领域分子育种及基因资源研究的国内外形势,展望了我国水产动物领域面临的机遇和挑战,并提出了一些具体建议以供参考。