环境微生物群落结构与功能多样性研究方法

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1、生态学报2010,30(4):1074—1080ActaEcologicaSinica环境微生物群落结构与功能多样性研究方法3刘开朗,王加启,卜登攀,李旦,于萍,赵圣国(中国农业科学院北京畜牧兽医研究所动物营养学国家重点试验室,北京100193)摘要:微生物群落的结构及群落内种间相互作用是影响其生态功能的决定性因素。尽管微生物群落是地球生物化学循环的主要驱动者,但是由于传统的微生物培养方法只能分离约1%10%的环境微生物,对复杂的环境微生物群落结构和功能多样性了解甚少。元基因组学、单细胞分析和群落遗传学等方法的出现,及其

2、与微生物学的交叉融合,使得人们能够从微生物群落组成、物种功能、种间相互作用和预测模型等方面分析微生物群落。重点综述了元基因组学、单细胞分析和群落遗传学等方法及其在环境微生物群落结构和功能多样性中的应用进展。关键词:群落生态学;群落遗传学;种间相互作用;元基因组学;鲁棒性文章编号:100020933(2010)0320001207中图分类号:文献标识码:ACurrentprogressinapproachestothestudyofstructureandfunctiondiversitiesofenvironmental

3、microbialcommunitiesLIUKailang,WANGJiaqi,BUDengpan,LIDan,YUPing,ZHAOShengguoStateKeyLaboratoryofAnimalNutrition,InstituteofAnimalScience,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100193,ChinaActaEcologicaSinica,2010,30(3):0001—000.Abstract:Microbialcommunitystr

4、uctureandinterspeciesinteractionsarethekeyfactorsthatdeterminethefunctionofthecommunity.Althoughthesecommunitiesarethemajordriversofmanybiosphereprocesses,duetothefactthatonly1%10%ofnaturalmicrobescouldberecoveredbyclassicalculture2dependentmethods,relativelylitt

5、leisknownabouttheirstructureandfunction.Somerecentlyemergednovelmethods,e.g.metagenomics,singlecellanalysisandcommunitygeneticsenableresearchercoulddeciphertheecologicalpropertiesofmicrobialcommunitiesonthebasisofthequestionsbeingasked:thecompositionofthecommunit

6、y,thefunctionofindividualspecies,themodelofinterspeciesinteractionandpredictivemodelingatthecommunitylevel.Inthepresentreview,wedescribethecurrentconceptandapplicationofmetagenomics,singlecellanalysisandcommunitygeneticstostudymicrobialecologyandprogresstowardpre

7、dictivemodeling.KeyWords:communityecology;communitygenetics;interspeciesinteraction;metagenomics;robustness微生物以群落的形式存在于自然环境中,微生物群落是地球生物化学循环的主要驱动者。微生物群落的生态特征可分为结构特征和功能特征,其中结构特征描述微生物群落成员的种类、丰度及其在不同环境条件下的更替,而功能特征则描述群落的行为:底物代谢过程;与宿主或环境以及群落内其他成员的相互作用;以及对外界干扰的反应等。微生物群落

8、的种群结构及种间相互作用是影响其生态功能的决定因素。20世纪70年代以前,对微生物群落的研究主要依赖传统的分离培养方法,依靠形态学、培养特征、生理生化特性的比较进行分类鉴定和计数。但是,由于可培养微生物仅为自然界微生物总数的1%—10%,因此,基金项目:国家“十一五”科技支撑计划资助项目(2006BAD04A03);