(五)高通量测序：环境微生物群落多样性分析本.pdfVIP

(5)高通量测序：环

境微生物群落多样性

分析

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(5)高通量测序:环境微生物群落多样性分析

微生物群落多样性的基本概念

环境中微生物的群落结构及多样性微生物的功能及代谢

机理是微生物生态学的研究热点。长期以来，由于受到技术

限制,对微生物群落结构多样性的认识还不全面,对微生

物功能及代谢机理方面了解的也很少。但随着高通量测

序、基因芯片等新技术的不断更新，微生物分子生态学的研

究方法研究途径也在不断变化。第二代高通量测序技术

(尤其是Roche

454高通量测序技术)的成熟普及，使我们能够对环境微

生物进行深度测序,灵敏地探测出环境微生物群落结构随外

界环境的改变而发生的极其微弱的变化,对于我们研究微生

物与环境的关系、环境治理微生物资源的利用以及人类

医疗健康有着重要的理论现实意义。

在国内，微生物多样性的研究涉及农业、土壤、林业、海

洋、矿井、人体医学等诸多领域。以在医疗领域的应用为

例,通过比较正常疾病状态下或疾病不同进程中人体微生

物群落的结构功能变化,可以对正常人群与某些疾病患者

体内的微生物群体多样性进行比较分析，研究获得人体微生

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物群落变化同疾病之间的关系；通过深度测序还可以快速

地发现检测常见病原及新发传染病病原微生物。研究方

法进展

环境微生物多样性的研究方法很多，从国内外目前采用的方

法来看大致上包括以下四类:传统的微生物平板纯培养方

法、微平板分析方法、磷脂脂肪酸法以及分子生物学方法

寺寺O

近几年,随着分子生物学的发展,尤其是高通量测序技术的

研发及应用，为微生物分子生态学的研究策略注入了新的力

量。

目前用于研究微生物多样性的分子生物学技术主要包

括:DGGE/TGGE/TTGE、T-RFLP、SSCP、FISH、E[]记杂

交、定量PCR、基因芯片等。DGGE等分子指纹图谱技术,

在其实验结果中往往只含有数十条条带,只能反映出样品中

少数优势菌的信息；另一方面，由于分辨率的误差，部分电

泳条带中可能包含不只一种16S

rDNA序，因此要获悉电泳图谱中具体的菌种信息,还需对

每一条带构建克隆文库,并筛选克隆进行测序,此实验操作

相对繁琐；此外,采用这种方法无法对样品中的微生物做到

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绝对定量。生物芯片是通过固定在芯片上的探针来获得微

生物多样性的信息，“只能验证已知，却无法探索未知”，此

方法通过信号强弱判断微生物的丰度也不是非常的准确。

而近年来以454焦磷酸测序为代表的高通量测序技术凭借低

成本、高通量、流程自动化的优势为研究微生物群落结构

提供了新的技术平台。Roche

454高通量测序技术能同时对样品中的优势物种、稀有物种

及一些未知的物种进行检测,获得样品中的微生物群落组成,

并将其含量进行数字化。最近,美吉生物推出了新的测序平

台MiSeqoMiSeq高通量测序平台集中了Roche

454和IlluminaHiSeq

2500的优点,不仅可实现对多样品的多个可变区同时测序，

而且在测序速度和测序通量上都有进一步提升，目前此平台

已在微生物多样性群落结构研究方面受到了广大学者的认

可。第二代高通量测序技术

产品优势

无需培养分离菌群：

直接从环境样本中扩增核糖体RNA

高变区