高通量测序技术在水环境微生物群落

微生物群落多样性的研究方法随着现代生物学技术经历了几代发展,基于形态学、生理学、分子生物学的传统研究方法在取得大量研究成果的同时,由于对环境微生物群落多样性认识的限制,亟待获得一种更加全面、准确、快速,反映环境微生物群落结构的方法。本文首先回顾了传统研究方法,重点介绍了高通量测序技术,包括研究者所关注的测序仪分布、类型、原理、优势与制约,列举了多样性研究中的分析作图软件,最后以454焦磷酸测序为例具体阐述了该方法在分析水环境微生物群落多样性中的应用。     

外源微生物对PAHs污染土壤细菌群落结构的影响

研究了添加分枝杆菌(Mycobacterium sp.)、假单胞菌(Pseudomonas sp.)和混合菌(分枝杆菌和假单胞菌)对多环芳烃(PAHs)污染土壤中细菌群落结构的影响.采用DGGE研究土壤细菌群落结构及多样性的变化,通过测序鉴定细菌种类.研究结果表明:投加微生物能够改变土壤细菌群落结构的组成,促进或加强了有PAHs降解能力的菌株如假单胞菌、如微杆菌(Micrococcus sp.)的出现;投加微生物改变了土壤中的细菌多样性指数,分枝杆菌处理组的多样性指数变化稍大.研究结果为PAHs污染土壤的修复理论与技术进一步发展奠定理论基础,也为PAHs污染土壤修复中微生物的选择提供依据.     

焦测序技术及其在遗传分析中的应用

焦测序技术是一种新的实时DNA测序技术。它在DNA聚合酶、三磷酸腺苷硫酸化酶、荧光素酶和三磷酸腺苷双磷酸酶4种酶的协同作用下,使引物延伸聚合脱氧核糖核酸(dNTP)释放焦磷酸盐(PP i)、PP i转换三磷酸腺苷(ATP)、ATP产生荧光信号与dNTP和ATP的降解等化学反应偶联起来,检测结果准确可靠。本文综述了焦测序技术的基本原理、操作步骤和它在单核苷酸多态性(SNP)研究、微生物的分型鉴定和基因甲基化检测等遗传分析中的应用,并对焦测序技术的发展作了展望。     

荧光原位杂交技术在活性污泥菌群识别中的研究进展

荧光原位杂交技术(FISH)广泛地应用于分析环境微生物的群落组成,能够同时对微生物进行定性、定量分析,并确定微生物群落空间分布情况.本文阐述了FISH法应用于活性污泥处理系统的重要作用,综述了FISH法在活性污泥及生物膜微生物菌群的组成、结构与功能的研究和应用,同时讨论了其在应用中存在的不足,并在此基础上总结了一系列可...     

焦磷酸测序中PCR引物与测序引物的设计

利用焦磷酸测序技术进行核酸序列测定时,测序信号过低或非特异性信号过高均会导致测序失败。因此,PCR引物与测序引物的设计十分重要。本研究以rs8175347为例,通过设计具有不同多聚酶亲和指数(PPI)的PCR引物,并运用焦磷酸测序测定其扩增产物,考察了PPI值对扩增效率以及测序信号的影响;以rs914232、rs671位点为例,对比不同测序方向以及dNTP的推注顺序,考察了两者对测序结果的影响。结果表明,提高PCR引物的PPI值有助于增强扩增效率与测序结果的信号峰强度,测序方向和dNTP推注顺序的不合理选择会严重干扰部分SNP测序结果的判断。因此,在设计PCR引物时,应将多聚酶亲和指数理论与传统基于解链温度值的引物设计思路相结合,为焦磷酸测序提供高质量的测序模板;在进行定量测序时,还要综合考虑待测位点(SNP)两侧的序列,选择合适的测序方向以及dNTP的推注顺序,使测序结果更加准确。     

生物纳米孔分析技术研究进展

生物纳米孔传感技术因其快速、低成本、无需荧光标记等优点,在化学和生物等诸多研究领域得到广泛应用,已发展成为一种新颖的、独具特色的单分子分析手段。该技术目前主要应用于DNA测序研究,同时在单分子分析领域也取得了令人瞩目的成就。该文简要介绍了生物纳米孔分析技术的原理和生物孔的种类,主要总结了近20年来生物纳米孔在DNA测序和单分子分析中的研究进展并予以了展望。     

基于克隆测序技术的人类白细胞抗原基因高分辨率分型方法的建立

运用优化的扩增和克隆测序技术,建立了人类白细胞抗原( HLA-B)基因的高分辨率分型方法。针对HLA-B基因保守区序列设计引物进行等位基因扩增,基于质粒不相容原理将杂合型等位基因有效克隆入质粒DNA中,经细菌培养后进行Sanger测序,根据测序结果经ClustalX2软件分析和IMTG/HLA数据库的BLAST比对即可完成HLA-B基因的高分辨率分型。利用建立的方法对7例临床样本进行了HLA-B基因分型,并且与第三方直接碱基序列分析基因分型技术( PCR-SBT)进行比对,结果完全一致。本方法无需专业分型软件,准确度高,成本低;采用通用引物进行等位基因的扩增和测序,无需传统方法中繁琐的引物设计和过程优化,实现了HLA-B基因的高分辨率分型。     

毛细管阵列电泳与规模化DNA测序

 根据 10 0 80份基因组DNA测序的结果 ,讨论了毛细管阵列电泳测序方法的技术特点 ,并对影响测序结果的一些因素进行了分析。在此基础上与平板凝胶电泳方法进行比较 ,显示了毛细管阵列电泳的优点。同时也对大规模测序技术环节之间的协调进行了探讨 。     

环境净化中的微生物生态学

以活性污泥法为代表的生物处理技术一直是人类解决废水问题的主要手段,而微生物在环境污染物分解中更是发挥了无法替代的作用.长期以来,阐明环境净化中的微生物生态学过程,探讨污染物降解转化中微生物的作用机制,是环境科学与工程领域关注的热点问题之一.近年来迅速发展起来的分子生物学技术为人们认识人工系统以及自然环境中微生物的群落结构、功能和微生物之间的相互作用,以及构筑更加高效的生物处理系统、强化污染环境的修复能力提供了有力手段.本文在介绍了常用分子生物学方法的基础上,阐述了在废水处理及污染物降解方面微生物生态学的研究进展.     

废旧金属网阴极微生物电解池产氢性能及阳极微生物群落结构分析

为寻找质优价廉的析氢催化剂,本研究以废旧金属网为单室微生物电解池(MEC)阴极,在不同外加电压下考察其制氢性能. 同时利用16S rDNA扩增测序技术分析原接种污泥、MFC和MEC阳极微生物的菌落特点. 实验结果表明,随着外加电压的增大,MEC产生的最大电流密度和周期运行时间分别呈现增大和缩短的趋势. 外加0.7 V电压时,废旧金属网阴极MEC的氢气产率和电能回收率分别达到0.330±0.012 m³H₂·m^-3·d^-1和177.0±5.6%,远高于0.5 V时的数值,与0.9 V时相差不大. 废旧金属网阴极MEC的产氢能力可以和Pt/C阴极MEC相媲美,且具有良好的运行稳定性. 16S rDNA扩增测序结果显示培养环境对微生物的富集与淘汰有很大影响. 在外加电场环境中MEC阳极的优势菌落地杆菌属(Geobacter)得到很大程度富集,相对丰度高达79.4%以上.     

猪粪厌氧发酵的有机酸代谢与微生物群落相关性分析

有机酸代谢和微生物菌群结构稳定性是维持厌氧消化系统高效运行的关键。为研究该理化物质代谢与微生物群落变化之间的关系,本研究以猪粪发酵体系为例,设置3个搅拌梯度(0、 80和200 r/min),分别代表无搅拌、适度搅拌和过度搅拌条件,监测猪粪厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸等理化性质的变化,再结合高通量测序技术,进一步分析微生物种群多样性变化。结果表明,发酵体系以厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)和广古菌门(Euryarchaeota)为优势菌。适度搅拌可在一定程度上促进微生物分解有机质的效率,形成稳定高效的微生物群落,其中,总固体、挥发性固体和化学需氧量去除率分别达到79.15%、 63.63%和87.89%。有机质分解代谢产物以乙酸和丙酸为主,其浓度与拟杆菌门(Bacteroidetes)丰度呈正相关性,与变形菌门(Proteobacteria)呈负相关性。过度搅拌使产氢产乙酸菌(如互养菌门(Synergistetes))丰度增加,引起耗氢产乙酸菌酸杆菌门(Acidobacteria)丰度随之增加,导致乙酸和丙...     

碱基序列标记法结合焦磷酸测序测定不同来源基因表达量

建立了一种将序列标记反转录聚合酶链反应(PCR)与焦磷酸测序技术结合的相对基因表达量测定法(简称"SRPP").先用来源特异性引物对不同来源的同一基因通过反转录标记上特异性标签,PCR后用焦磷酸测序法对扩增产物进行序列解码,使得测序结果中的序列代表基因的来源,峰高代表基因在不同来源中的相对表达量.用实时荧光定量PCR法对本方法的准确性进行了验证,结果表明,SRPP可以同时准确测定同一基因在3个不同来源中的表达量,并实际测定了Egr1基因在糖尿病、肥胖和正常小鼠肝中的表达量差异.     

用于DNA合成测序的可断裂连接单元研究现状

DNA测序技术是遗传基因组相关疾病研究的基础。合成测序是DNA二代测序技术中非常重要的一种。合成测序技术能够有效地实现大规模平行测序,大大提高测序通量的同时也降低成本,目前已得到广泛的应用。在合成测序中,首先需要合成荧光素标记的核苷酸,作为能够参与DNA链延伸的循环可逆终端。已有文献报道的可逆终端结构主要包括单位点修饰(MRT)和双位点修饰(DRT)两种类型。DRT类型可逆终端的最大优势是DNA聚合酶容易识别且合成路线简单,能够较好地应用于DNA合成测序。在此过程中可断裂连接单元将核苷酸和荧光素连接起来,它的性质直接决定了测序的效率、读长等关键指标。本文主要对目前用于DNA合成测序的可断裂连接单元研究现状进行介绍,并对其发展前景进行了展望。     

单细胞与空间转录组分析研究进展

单细胞的异质性在胚胎发育、神经系统发育、癌症病变等生物学过程中具有重要的研究意义。单细胞转录组测序利用测序技术解析细胞内转录本序列,为细胞异质性研究提供可靠、准确的研究手段及观测视野,为揭示生物发育规律、疾病发生发展机制等提供了重要的技术手段。该文围绕单细胞与空间组学分析,综述了近年来发展的各类单细胞转录组测序、单细胞多组学测序及空间转录组分析方法,分析了其优缺点。同时展望了单细胞与空间转录组分析领域的发展趋势,即开发低成本、全方位、高通量、高分辨的单细胞空间多组学分析方法以实现对单个细胞更为细致、全面及准确的描述和精准单细胞图谱构建。     

热稳定生物素化荧光素酶的制备及其在焦测序中的应用

新一代大规模焦测序技术需要稳定的可固定化的荧光素酶,为了制备热稳定性好且被生物素化的荧光素酶,本研究采用基因工程方法将生物素羧基载体蛋白C端87个氨基酸残基(BCCP87)与荧光素酶在大肠杆菌E.coli BL21(DE3)中进行融合表达,以实现菌体内直接表达生物素化的荧光素酶(BCCP-LUC);并对北美萤火虫(Photinus pyralis)荧光素酶基因进行了定点突变以增强其热稳定性;用链亲和素包被的磁珠对重组融合蛋白进行固定化,用于焦测序。实验结果表明:突变后的荧光素酶在50℃环境中仍具有活性;在43℃下10min活性保留大于80%,热稳定性明显增强。Western blot分析结果表明,荧光素酶能够在大肠杆菌内生物素化。用链亲和素包被的磁珠结合BCCP-LUC后具有较高活性(2.1×105RLU/μL Beads),经过多次洗涤活性无明显下降。采用微球固定的荧光素酶以及ATP硫酸化酶成功的进行了DNA序列的测定且定量准确,表明固定化的荧光素酶可以应用于焦测序中,为建立高通量大规模芯片焦测序技术提供有效、稳定的工具酶。     

纳米孔测序技术在核酸修饰检测中的应用

DNA和RNA上广泛存在着多种化学修饰.这些核酸修饰参与基因表达的调控,影响生长发育等生理过程,并可能会引发癌症等疾病.对核酸修饰的精准识别与定位有助于理解其功能机制,帮助相关疾病的诊断与治疗.纳米孔测序是一种新兴的单分子测序技术,可以根据修饰碱基与天然碱基之间阻孔信号的差异实现核酸序列中多种修饰的同时检测,是目前检测核酸修饰最直接的方法.本文简要介绍了纳米孔测序技术的发展和原理以及识别核酸修饰的算法工具,总结了纳米孔测序技术在核酸修饰检测中的应用,并对其发展前景进行了展望.     

蛋白质及多肽C端测序的研究进展

C端序列是蛋白质和多肽的重要结构与功能部位,对蛋白质的生物功能甚至起决定性作用。另外,C端剪切也是蛋白质重要的翻译后修饰之一。随着蛋白质组学研究的不断深入,蛋白质C端测序对其功能研究将发挥越来越重要的作用。一些新的蛋白质C端测序方法已建立,提高了灵敏度和重复性,能够在蛋白质组水平应用。本文较系统地介绍了蛋白质C端测序3种方法:羧肽酶法、化学法及串联质谱法的原理、特点、应用及在蛋白质组学研究中的新进展。随着C端测序新方法的不断建立,将在蛋白质组研究中发挥更大的作用。     

焦测序法检测禽流感病毒

以焦测序技术为检测平台,在研究禽流感病毒基因特性的基础上,建立一种检测禽流感病毒及确定其是否为高致病性禽流感病毒的序列测定法。首先,选择一段保守的M基因序列及一段包含裂解位点的HA基因序列为研究对象,采用聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)扩增技术初步判断其是否为禽流感病毒及病毒亚型;然后采用焦测序法检测目的片段序列;最后,对焦测序法检测序列进行分析,从基因序列上判断其是否为禽流感病毒,并进一步判断病毒的亚型以及是否为高致病性禽流感病毒。研究结果表明,当焦测序反应中三磷酸酰苷双磷酸酶(Apyrase)的浓度为1.6U/mL时,能有效抑制错误信号的产生;当Klenow的浓度为90U/mL时,可读序列长度为33个碱基。采用优化的焦测序反应体系测定了4个样本,其中1个样本被判断为H5N1亚型禽流感病毒,具有潜在的高致病性;另外3个样本为H9N2型禽流感病毒,具有低致病性。本方法具有准确、快速和实时检测等优点。     

三疣梭子蟹肠道菌群结构及代谢表型分析

建立16S rRNA基因的高通量测序和基于核磁共振( NMR)的代谢组学技术分析三疣梭子蟹肠道菌群结构及代谢物组成的方法。经对梭子蟹肠道样品提取基因组DNA和16 S rRNA基因的V3-V4可变区片段的扩增,产物用于MiSeq测序。经对测序结果进行聚类和注释分析,发现梭子蟹肠道的细菌群落结构以变形杆菌门、拟杆菌门、梭杆菌门、软壁菌门和酸杆菌门为主,其中以发光杆菌属、Paludibacter和产丙酸菌属的细菌丰度最高。梭子蟹肠道样品经组织破碎、甲醇-水(2：1, V/V)提取、高速离心和冷冻干燥后,重悬在钠钾磷酸盐缓冲液中,用于NMR分析。采用标准的 Noesypr1D脉冲序列采集1 H NMR谱,设置90o脉冲宽度约为10μs,等待时间为2 s,混合时间为100 ms,谱宽为20 ppm,采样点数为32 K,自由感应衰减累加次数为64。再利用2D NMR谱对肠道代谢物进行归属,共获得包括氨基酸、有机羧酸和有机胺类等30种代谢产物。本方法可用于系统分析梭子蟹肠道菌群及其代谢物组成。     

单碱基多样性的非测序检测

单碱基多样性（SNP）是最常见的基因突变形式之一,经研究证明与很多疾病相关。虽然测序是检测SNP的重要方法,但其需要检测仪器,且检测时间较长,限制了其临床应用。本文综述了SNP的常见非测序分析方法。首先讨论了检测的热力学问题,并归纳了主要的检测策略：基于杂交的检测,基于链取代反应的检测和酶介导的检测。在三维均相检测方法中,主要介绍了不同信号开关策略,如荧光开关、酶识别开关和场效应开关。三维原位检测不仅能检测SNP,还能提供其细胞定位信息,在细胞异质性较高时更具优势。二维界面检测的识别反应速率和杂交效率受到一定影响,但界面检测能进一步减小干扰,亦便于实现高通量检测。以DNA正四面体探针界面为代表的改良界面具有优良的灵敏度和特异性。同时本文亦讨论了现有方法的局限性,并对SNP非测序检测研究进行展望。