宏基因组测序讲解.doc

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1、宏基因组测序目的研究藻类物种的分类，研究与特定环境与相关的代谢通路，以及通过不同样品的比较研究微生物内部，微生物与环境，与宿主的关系。技术简介宏基因组(Metagenome)(也称微生物环境基因组MicrobialEnvironmentalGenome,或元基因组)。是由Handelsman等1998年提出的新名词，其定义为"thegenomesofthetotalmicrobiotafoundinnature",即生境中全部微小生物遗传物质的总和。它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。而所谓宏基因组学(或

2、元基因组学，metagenomics)就是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象，以功能基因筛选和/或测序分析为研究手段，以微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系为研究目的的新的微生物研究方法。一般包括从环境样品中提取基因组DNA,进行高通量测序分析，或克隆DNA到合适的载体，导入宿主菌体，筛选目的转化子等工作。宏基因组(Metagenome)(也称微生物环境基因组MicrobialEnvironmentalGenome,或元基因组)。是由Handelsman等1998年提出的新名词，其定义为"thegenomes

3、ofthetotalmicrobiotafoundinnature",即生境中全部微小生物遗传物质的总和。它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。而所谓宏基因组学(或元基因组学，metagenomics)就是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象，以功能基因筛选和/或测序分析为研究手段，以微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系为研究目的的新的微生物研究方法。一般包括从环境样品中提取基因组DNA,进行高通量测序分析，或克隆DNA到合适的载体，导入宿主菌体，筛选目的转化子

4、等工作。特定生物种基因组研究使人们的认识单元实现了从单一基因到基因集合的转变，宏基因组研究将使人们摆脱物种界限，揭示更高更复杂层次上的生命运动规律。在目前的基因结构功能认识和基因操作技术背景下，细菌宏基因组成为研究和开发的主要对象。细菌宏基因组细菌人工染色体文库筛选和基因系统学分析使研究者能更有效地开发细菌基因资源，更深入地洞察细菌多样性。如宏基因组成为生物催化剂的新来源。宏基因组学研究的策略和基本过程研究策略“宏基因组学”是一种整体性的研究策略，它建立在微生物基因组学的迅速发展和聚合酶链式反应广泛应用的基础之上，是一种不依赖于人工培养的微生物基因组分析技

5、术，涵盖了生物信息统计分析和基因组两方面的意义和技术，其策略是从特定环境中直接分离所有微生物DNA，将大片段的DNA克隆到受体菌中表达，然后根据某些生物活性筛选有应用价值的克隆。包括两个方面[920]：①宏基因组文库的构建：宏基因组文库的构建沿用了分子克隆的基本原理和技术方法，并根据具体环境样品的特点和建库目的采用了一些特殊的步骤和对策。一般包括样品总DNA的提取、与载体连接和在宿主细胞建立中克隆[17]。②宏基因组文库的筛选：根据其研究目的，宏基因组文库筛选通常有功能筛选(functionalscreening)和序列筛选(sequencebased

6、screening)两种方法。2宏基因组学的研究步骤基因组学的研究过程，一般包括从环境样品中提取基因组DNA，克隆DNA到合适的载体，导入宿主菌体，筛选目的克隆等4个步骤。特别要指出的是，在基因组学研究领域中，其研究目标通常是测定单一物种的基因组序列；而在宏基因组学中，则是要测定由多种微生物组成的复杂群体(community)的混合基因组序列。这种差别的关键就是，绝大多数细菌是不可培养的，因此没有足够的研究材料。2.1分离特定环境生物DNA方法上不同于传统的先培养微生物再提取DNA的做法，而是首先直接收集能够代表特定生物环境生物多样性的样品；然后利用各种理

7、化方法破碎微生物，使其释放DNA，再利用密度梯度离心等方法进行分离纯化。2.2纯化的大分子量DNA进行克隆在对DNA酶切或者超声打断处理，并与合适的载体DNA进行连接，构建重组体。2.3将带有宏基因组DNA的载体通过转化方式转入模式微生物建立各自的无性繁殖系例如转入大肠埃希菌中，使那些以前无法研究的不可培养微生物的DNA在模式微生物中得到复制、表达，进而得到研究。所有带有宏基因组DNA载体的模式微生物克隆构成宏基因组文库。2.4对宏基因组文库的DNA进行分析基于不同的研究目的，有很多分析方法，主要分为两类：一类为表型功能筛选，即利用模式微生物表型的变化筛选

8、某些目的基因。例如从文库中筛选能表达抗菌物质的克隆。功能分析法根据