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1、基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用,王建福 20082439,歹利炮鞍壕检热沟酝脚缩愚胶拄拉砌子寇描啤译常恭日匡效阮拇伴晒虱潍基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用,摘要,本文按照基因芯片探针的设计方法, 将环境样品群落研究基因芯片分为系统寡核苷酸芯片、功能基因芯片、群落基因组芯片、宏基因组芯片, 并简要综述了该技术在活性污泥、土壤、水等环境样品微生物群落研究上的应用。 最后, 本文展望了该技术的研究方向和在寻找不同环境微生物群落之间差异微生物、差异基因或差异表达基因研究中的应用前景。,绩歉帮刷嫂寥开才图擅审且掂账撮酿匀跨择叶帛忍亲麻泌申汉由摩蠢
2、远芋基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用,基因芯片,基因芯片, 又称DNA 微探针阵列(microarray),是一种最重要的生物芯片。 它的工作原理与经典的核酸分子杂交方法是一致的, 都是应用已知核酸序列作为探针与互补的靶核苷酸序列杂交, 通过随后的信号检测进行定性与定量分析。 基因芯片在一微小的基片(硅片、玻片、塑料片等)表面集成了大量的分子识别探针, 能够一次分析大量的基因, 进行大信息量的筛选与检测。,秦柠叹卖疗枷韩衷矾盅村擒劈厚鸵筋哄育残膊佃金峙杜凑垫荒勿绑厘糙鄂基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应
3、用,环境样品及其环境微生物群落研究,环境样品包括活性污泥、土壤、水、烟、气溶胶、淤泥、海洋沉积物等。 而环境微生物群落研究包括环境样品的微生物分布、种类、功能、动力学变化及气候、环境污染等环境因素改变对其微生物生态的影响等。,参赣裹冕抽棵跨石序伪孔鹏证撞忱匆人挝钝董呈市啄鹿腹猿尹南湛瞥谆如基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用,环境样品群落研究基因芯片的种类,鉴于环境样品的特点, 不是所有种类的基因芯片都适于环境微生物群落研究。 按照基因芯片探针的设计方法, 用于环境样品群落研究的基因芯片主要有：系统寡核苷酸芯片、功能基因芯片、群落基因组芯片、宏基因组
4、芯片,绅硒植妆腾代榨幼棋钻厉受栈骑阐店氧爷捎唬烘梅以启笼晒缄藉冬邹莎寸基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用,系统寡核苷酸芯片,系统寡核苷酸芯片建立在系统标记基因如rRNA 基础之上。rRNA 是研究细菌进化和亲源关系的重要指标, 是细菌系统分类学最有用和常用的分子钟。16S rRNA是最常用的作为细菌群落结构分析的系统进化标记分子。 它由多个高度保守的区段和可变区段组成,保守性序列基本保守, 反映生物物种的亲缘关系,因此可以利用恒定区序列设计引物将16S rRNA 片段扩增出来; 高变性则揭示生物物种的特征核酸序列, 其序列因不同细菌而异, 因此可利
5、用可变区序列的差异来设计不同菌属、菌种的探针。,戮矗锋眨聋七辽纹踢括剪忙片紫瀑楷如握劣蒜壁欣膏绘矩蛀亭磷薛娄吻吗基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用,由于16SrDNA 序列在原核生物中的高度保守性, 对于近缘种或同一种内的不同菌株之间的鉴别分辩力较差,因此只适于研究属及属以上水平的菌株。 系统寡核苷酸芯片是目前应用最广的一种基因芯片, 利用该技术已经成功对堆肥、土壤、活性污泥、铀污染含水土层等环境样品进行了微生物检测、菌群动力学、多样性和结构分析。,粕贬蚀植帚便伯阳逊尔缮矩汲堂曹哲迭坞哨伯汝驻颁拟肛寡剐府蔡就觅道基因芯片技术在环境微生物群落研究中的
6、应用基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用,功能基因芯片（FGA）,功能基因芯片通常建立在催化生化反应的关键功能基因之上, 这些基因包括了那些与研究对象有确定关系的基因, 或至少是与研究对象的关系有待考证的基因。 作为 FGA 候选基因应该具有的特点：(1)该基因是参与生化过程的关键酶或蛋白质编码基因; (2) 进化保守但在不同微生物之间具有足够的变异, 从而可以对不同菌株设计探针; (3)不同的基因在数据库的序列信息量是不同的, 应该选择在公共数据库中具有翔实序列信息的有关基因。,掀篇骏旱叮今晾琴耍低狼寇污瘫官剩赊黑肚急舰降睹体娱咸罗彰镑借绩种基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用基因芯
7、片技术在环境微生物群落研究中的应用,根据 FGA 的目的及其杂交靶标的种类, FGA 分为功能分类基因芯片和基因表达芯片。 前者的目的主要是研究菌群是否具有这些特定反应过程及其功能的分布、变化、多样性, 其杂交靶标是菌群DNA的PCR 产物。 而后者用于研究这些特定功能基因的生理活性及其基因表达情况, 需提取环境样品的mRNA, 其杂交靶标是菌群cDNA 的PCR 产物。,揪戈滁粱帖蹬脖屡轧晃谐掐挑确舱夜标荫饿述叫挝脑硷满牙舷捅痛膊静府基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用,FGA 的探针主要是功能基因的PCR 产物或合成的寡核苷酸, 其中, 前者通过
8、对某些微生物功能基因保守序列设计引物, 从而扩增出相关基因; 而后者是通过数据库中的序列信息直接设计的。 目前, FGA 应用推广的限制性瓶颈在于功能基因数据库的不完整性和某些微生物的不易培养性。,大交稼埂侥悼俩帽氰汐鸵略编殆烟女毁寇发酿填啄饺娃王荣开雷漓馆眉厄基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用,群落基因组芯片(CGA),群落基因组芯片(CGA)是一种将可培养微生物的全基因组DNA 作为探针的技术, 它的特异性高,可以鉴定到种甚至菌株水平; 敏感性强, 只需0.2 ng的待分析基因组DNA 就可检测。 CGA 在微生物检测、鉴定、量化、不同环境样品
9、的微生物菌群相关性或不同微生物基因组的相关性分析等方面将有着广泛的前景。,选憋田子郭旷脓港仗跟淫筒冯钙向旧虱评况挣预舅桃擦勤蹋炒磅厚慎茸夏基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用,宏基因组芯片(MGA),未培养微生物组成了地球上生物多样性的主体,据估计, 自然环境中超过99%的微生物不能用传统的方法进行纯培养, 因此, 人们开始通过免培养的技术即宏基因组或直接从环境样品中抽提克隆微生物的混合DNA 来研究环境样品中微生物基因组的功能和序列分析。 目前, 利用该技术已进行了酸矿外排液和Sargasso Sea 的微生物群落、活性污泥和土壤细菌PHB 代谢遗
10、传学等的研究。,屈蛊尿海木鳖羌眠腕邪犊教颠骋海焕过义晦唁距拈侗见君锋诬腹砷猴襄挝基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用,宏基因组芯片则是一种高通量文库筛选技术,是一种将芯片技术和宏基因组技术结合起来新技术,该技术无需分离培养菌株、无需了解菌群的基因序列。 它的探针来源于环境DNA 的宏基因组文库,可通过大肠杆菌作为宿主来构建, 一般来说, MGA所包含的探针为1 kb 左右。,扁秦羚鲸暴衔凶机将逗以期腺囱俊哲裕屯清袍醛肃彦楼每绵切晌袋酗蜀踏基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用,该技术可以分析环境样品微生物结构
11、和功能;可以通过不同环境样品宏基因组芯片的比较分析获得某环境样品菌群的代表DNA 探针。 目前, MGA技术仍在发展初期, 但由于环境中存在大量的未知基因序列, 因此它在环境方面将具有巨大的应用价值。,栋请鸯沮怯疏阳桅单哀墓财抗沮遭昼窟培颠羔拄偿羊啥歌速衍捧幢孔络梭基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用,展望,新功能基因、新功能蛋白的挖掘。 环境样品基因表达谱芯片的建立和差异表达基因的寻找。 环境新监测技术的开发。 气候对环境微生物群落的影响研究。,契颈惊晕牙蹿盯蒲痊蜡懊澡弟汽狠勾反鸣盟要掖蜗坯泰润掷接掖鬃卞霹赋基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用基因芯片技术在环境微生物群落研究中的应用,