功能基因芯片(GeoChip)在兩種典型環(huán)境微生物群落分析中應(yīng)用的研究.pdf

1、微生物在自然界無處不在，而且其參與并承擔(dān)著重要的生態(tài)功能，從碳、氮循環(huán)，到礦物形成和風(fēng)化，無一不與微生物相關(guān)。但是，目前，自然界約99％的微生物因有限的培養(yǎng)基和特異的生長條件而尚未被培養(yǎng)，因此如何準(zhǔn)確描述和定量自然環(huán)境中的微生物群落及其同環(huán)境因素之間的關(guān)系，是環(huán)境微生物生態(tài)學(xué)的重要研究課題之一。本研究主要以功能基因芯片(GeoChip)在環(huán)境微生物群落分析中應(yīng)用為研究主線，分別從環(huán)境樣品DNA的提取與純化和GeoChip在兩種典型環(huán)境微

2、生物群落分析中的應(yīng)用為支線，對GeoChip在環(huán)境微生物群落分析中的應(yīng)用展開了一系列的具體研究與探討。除了GeoChip技術(shù)，本研究還采用了其他諸如克隆文庫、BIOLOG、PLFA和土壤呼吸儀等技術(shù)手段作為輔助手段，對研究對象進(jìn)行了全面的分析與研究。
　　 本研究的主要結(jié)果如下：第一，經(jīng)過136個(gè)土壤樣品的純化測試表明，本研究改進(jìn)后的低融點(diǎn)膠純化環(huán)境樣品DNA的方法，可以從各種污染程度的環(huán)境樣品中獲得高質(zhì)量、大片段(>23 kb

3、)的DNA，且均能夠用于全基因組放大、標(biāo)記和雜交；第二，來自三座銅礦山的酸性礦坑水(acid mine drainage，AMD)中的微生物群落結(jié)構(gòu)相對較簡單，且不同AMD樣品中微生物群落結(jié)構(gòu)差異較大，其中的微生物主要由α-，β-和γ-Proteobacteria，Acidobacteria，Actinobacteria，Cyano-bacteria，F(xiàn)irmicutes，Proteobacteria，Planctomycetes，Ba

4、cteriodetes和Nitrospirae組成；雖然GeoChip2.0芯片從AMD生態(tài)系統(tǒng)中檢測到較少的功能基因，但檢測到的功能基因幾乎涉及到所有的基本生物地球化學(xué)循環(huán)過程，而且，多元統(tǒng)計(jì)分析表明，AMD中的微生物群落組成主要受周圍環(huán)境地化參量的影響；第三，GeoChip檢測到氣候變暖的加溫效應(yīng)導(dǎo)致地表微生物群落功能基因的豐度增加，土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)受到了顯著的影響，而采割處理(用來模仿收獲地表植被生物量，并用于生物能源)增強(qiáng)了

5、加溫處理導(dǎo)致的溫度增加作用，但降低了微生物群落的分散度(結(jié)構(gòu)，多樣性，豐度)和功能基因(碳，氮，磷，硫循環(huán)基因)的豐度，差異分解分析表明，除土壤溫度以外，土壤和植物變量可以解釋79.4％的總變異，表明土壤溫度升高通過影響土壤和植物變量而影響土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)的。
　　 總而言之，通過GeoChip對兩種典型環(huán)境(極端酸性水環(huán)境和氣候變暖下的土壤環(huán)境)中微生物的群落結(jié)構(gòu)的研究，我們認(rèn)為，GeoChip作為一種宏基因組學(xué)研究技術(shù)，