分子生物学方法在微生物多样性研究中的应用.pdf

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1、分子生物学方法在微生物多样性研究中的应用张晨曦(上海师范大学，上海200235)摘要：微生物多样性研究是生物多样性研究中的重要内容，由于微生物与动植物相比，存着这许多不同之处，因此其多样性研究也存在着许多不同之处，尤其是研究方法仍有待提升。近些年来，越来越多的研究通过分子生物学方法观察微生物并取得了一定的成效。因此，文章主要针对分子生物学方法在微生物多样性研究中的应用价值展开分析。关键词：分子生物学方法；微生物多样性；遗传多样性微生物主要包括细菌、放线菌、原生动物、真菌、部分藻类和病毒，是构成自然界的重要组成部分，其具有代谢多样性和遗传多样性，使得微生物在许多极端环境中都能够生存、繁衍。微生

2、物是生物链中的重要成员，对于动植物的生长发育、生态循环以及污染物的自然降解具有重要作用”1。微生物种类数量仅次于昆虫，但目前已知微生物种类占其总估计量的比重仍较低，目前生物界中已知的细菌、真菌以及病毒占其总种类的比重仅有6％、11％和5％，微生物多样性的研究滞后于其他生物群。1微生物多样性研究的重要性微生物在维持生态平衡中具有重要作用，但是我们对于维持生态平衡的微生物系统的结构以及有关参数知之甚少，究其原因是由于传统微生物培养方法是通过获得培养菌株才能了解其特征，但是在自然界中能够培养的微生物数量还不到微生物总量的百分之一。传统微生物研究主要是通过观察菌株的表性特征以及细胞的性质(包括细胞形

3、态学、生理生化反应以及细胞组成成分等方面)嘲。由于实验室培养是观察这些微生物特征的重要前提，因此这使得许多无法培养的微生物都不能被具体描述。此外，这种研究方式对于微生物的进化关系没有有效的作用，因此微生物进化研究受到影响，从而无法对微生物进行准确的分类以及系统关系图的创建。DNA技术以及微生物分子学的出现为微生物研究提供了新的道路，有助于现代微生物多样性研究的良好开展。从理论层面上分析，微生物进化之间的关系主要是由于基因组的结构决定的，通过比较微生物基因序列之间的不同能够有助于分析微生物之间的进化关系，比较简单的方法就是比较不同微生物类似基因之间的碱基序列，碱基序列之间的差距越大，说明微生物

4、之间的进化关系也就越小。该方法可以用于分析不同微生物之间的进化距离，从而用于构建进化关系树或微生物图谱91。在微生物多样性研究中发现，16SrRNA以及18SrRNA的变化速率较低慢，常用于微生物进化关系分析的检验中。近些年来，随着微生物DNA技术的不断发展，以核酸基因序列为依据的微生物进化研究获得了有效的进步。现代分子124f北霹髫孵2017年04N生物学技术的出现突破了传统研究技术的限制，从遗传角度上能够分析出微生物的种类以及遗传多样性。2分子生物学方法在微生物多样性研究中的理论基础2．1“三界”理论的提出生物学界在对古化石标本研究中发现，早在30亿年前地球上就有自养细菌的存在，20多亿

5、年前地球上出现了蓝细菌，15亿年前真核生物首次出现在地球上，也就是说原核生物比真核生物出现的要更早，真核细胞是由原核细胞进化而来也是一种比较科学的结论，这也是生物学界早期生命进化的主流理论嗍。这一学说认为所有的生命都可以划分为这两种类型，且如今的真核生物就是由原核生物进化发展而来。分子生物学方法的应用对于改正现代微生物种类划分以及进化关系等方面具有较好的效果。进三十年来，大量的细胞生物学研究和分子生物学的研究证实，原核生物早在数亿年前就已经分化为真细菌和古细菌这两大类。过去在建立微生物进化树时，主要是根据微生物细胞色素c中氨基酸组成变化的特点，这主要是由于真核生物与大部分原核生物都有细胞色素

6、C。但是在研究中发现，有些古细菌没有细胞色素C，而有些细菌虽然有细胞色素C，但是其氨基酸组成之间的差异过大，无法确定其是否有着进化关系”1。通过rRNA的序列结构确定微生物之间的进化关系为微生物多样性的研究提供了更广阔的空间。“三界”理论是由学者沃瑟提出的，其认为原核生物应分为古细菌与真细菌两界，但两界彼此之间有着很大的差异，也就是说古细菌、真细菌与真核生物三者是相互平行的，三者都起源于共同的原始细胞。三界学说随着研究的进步而不断发展，大量古标本生物分子研究证实了占核生物遗传基因与真核生物有相似之处，古细菌与真核生物从进化学角度来看比原核生物更加密切，因此近些年来有越来越多的学者支持真核生物

7、起源于古细菌的学说，认为真细菌是最先从古细菌与真核生物的生物干线中分离出来的。“三界”理论的提出为为生物多样性的研究提供了全新的视角，并提示微生物遗传多样性具有普遍性。2．216SrRNA基因序列在分子生物学中的应用佩斯等人首次通过rRNA基因鉴定样本中微生物的类别，利用5SrRNA基因序列分析微生物的演变与进化。该方法取得了一定的成效并且很快被用于研究微生物多样性。但是由于5SrRNA的基因序列相对较小，仅