细菌人工染色体基因组文库构建关键技术研究

基因组文库是进行分子克隆和基因结构与功能研究的基础,完整覆盖的基因组文库的构建,使基因组任何DNA片段的筛选和获得成为可能。细菌人工染色体(Bacterial Artificial Chromosome,BAC)与其它载体系统相比具有转化效率高、嵌合体少、插入片段易回收,高覆盖率、稳定性强,并且具有易分离和操作等特性等优点而被广泛应用。作为物种保护策略的重要部分,构建我国濒危动植物品种基因组BAC文库,对于其遗传资源的保护和研究具有非常重要的作用。在查阅大量国内外相关资料的基础上,就BAC基因组文库构建过程中载体的制备、高分子量DNA的制备、大片段DNA的回收、连接与电击转化、基因组BAC文库质量鉴定等几个重点、难点问题进行了详细的论述和分析,对于构建高分子量插入片段、高覆盖率和稳定性的基因组文库提供理论基础与技术支撑。

宏基因组学(Metagenomics)的研究现状和发展趋势

随着分子生物学技术的快速发展及其在微生物生态学和环境微生物学研究中的广泛应用,促进了以环境中未培养微生物为研究对象的新兴学科——微生物环境基因组学(又叫宏基因组学、元基因组学,Metagenomics)的产生和快速发展.宏基因组学通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA,构建宏基因组文库,利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能.在短短几年内,宏基因组学研究已渗透到各个领域,包括海洋、土壤、热液口、热泉、人体口腔及胃肠道等,并在医药、替代能源、环境修复、生物技术、农业、生物防御及伦理学等各方面显示了重要的价值.对宏基因组学的主要研究方法、热点内容及发展趋势进行了综述,建议在我国尽快启动有关宏基因组学的研究,从国家层面上开展联合攻关,拓展当前的研究领域,发展相关研究策略和技术,开展广泛的国际合作,使我国在宏基因组学研究领域占据有利地位.

宏基因组技术在开发未培养环境微生物基因资源中的应用

环境微生物宏基因组是一个巨大的基因资源库,但是仅有0.1%-1%的微生物在现有技术条件下是可培养的,因此致使未培养微生物基因资源的开发利用受到限制。宏基因组技术直接提取环境样品总DNA,避开了微生物分离培养的问题,极大扩展了微生物资源的利用空间,增加了获得新生物活性物质的机会。简要介绍了宏基因组的概念及宏基因组克隆技术的基本操作流程和技术要点,重点阐述了目的基因富集、核酸提取、载体和宿主系统选择、宏基因组文库筛选等“瓶颈”技术的研究进展。目的基因富集技术主要包括稳定同位素探针（SIP）、抑制消减杂交（SSH）和差异显示（DD）等。基因文库筛选分为序列依赖性筛选和非序列依赖性筛选,其中序列依赖性筛选包括特定基因PCR、反转录PCR（RT-PCR）、DNA微阵、亲和捕获等技术;非序列依赖性筛选主要指基于基因表达活性筛选和基因“陷阱”技术等。此外,介绍了一些近年来通过构建宏基因组文库筛选目的基因的应用实例。

宏基因组学在发现新基因方面的应用

现代分子微生物生态学研究表明,自然环境中约99%的微生物不能用传统的分离培养方法获得其纯培养,使得环境微生物中的多样性基因资源难以得到充分的开发和应用。宏基因组学是近年来发展起来的,通过直接提取特定环境中全部微生物的总基因组DNA并克隆到合适的可培养微生物宿主中,来筛选目的基因的方法。它已在微生物新功能基因筛选、活性物质开发和微生物多样性研究等方面取得了显著成果。该文旨在介绍宏基因组学在新功能基因发现方面的应用概况并结合我们的研究情况,对这一崭新领域中的最近研究进展进行简要综述。

宏基因组学及其技术的研究进展

宏基因组学是研究生态群体基因功能和其相互作用的新科学领域,以特定生态环境中微小生物遗传物质的总和作为研究对象,基本研究策略是通过克隆、异源表达,筛选出有用的新基因及其产物。宏基因组学为生命学科和药学研究提供了一个强有力的新技术,并在包括医学在内的许多领域取得了新成就。本述评对宏基因组学的概念、技术和应用作了简要介绍。

宏基因组学及其研究进展

宏基因组学是近年来发展起来的一门新兴学科,主要技术包括从环境样品中提取微生物混合基因组DNA、利用可培养的宿主菌建立宏基因组文库及筛选目的基因。该技术可以克服传统培养技术的不足,是研究未培养微生物、寻找新功能基因和开发获得新资源的重要新途径。目前宏基因组学已广泛应用于各个领域,并在医药、农业、能源开发、环境修复、生物技术、生物防御等方面有了较深入的研究。笔者对宏基因组学的主要技术方法及其应用研究进展进行了简要综述。

环境基因组技术在微生物多样性研究中的应用

环境中的微生物具有极大的生物多样性,但99%的微生物不能通过标准的实验技术加以培养,不依赖于培养的环境基因组技术由于适合分析生态系统中整个复杂的微生物基因组而迅速发展起来。文章针对环境基因组技术的原理、方法以及目前该技术在环境微生物多样性研究中的应用等作一综述。

大理石芋螺Fosmid文库的构建及鉴定

目的芋螺毒素(芋螺肽)具有特异结合各种离子通道和受体的特殊功能,拥有巨大的新药开发潜力。但因海洋生态环境的破坏和无序采集,芋螺的种类和数量在不断减少,在国际上已被列为濒危保护动物。所以,对芋螺遗传资源和基因信息的长期保存具有非常重要的科学和实际意义。方法研究针对中国南海产大理石芋螺(Conus marmoreus),利用磁珠法提取其高质量的基因组DNA,经过末端修复和胶回收、连接、包装、侵染等步骤,构建大理石芋螺基因组Fosmid文库。结果经鉴定该文库包括242 500个克隆;克隆片段长度平均约为40 kb;文库覆盖了大理石芋螺基因组的4.61倍。经过传代培养,第0代和第100代的Fosmid克隆的质粒酶切图谱无明显差异。该基因组Fosmid文库对基因组的覆盖率高,稳定性好。本文还利用该文库克隆出了1个新的α-芋螺毒素前体基因。结论大理石芋螺Fosmid文库的构建有利于该种芋螺的基因组资源长期保存而不会因物种濒危被丢失,将为大理石芋螺毒素基因的进一步发掘、基因序列结构和功能的研究等奠定重要基础。

胡晗华、饶志明等获本刊优秀论文奖

根据我部决定(见本刊1999年第2期第159页)和有关专家推选评定，胡晗华、石岩峻、丛威、蔡昭铃的论文《不同氮磷水平下中肋骨条藻对营养盐的吸收及光合特性》[2004，10(6)：735～739]和饯志明、赵有玺、李辉、王正祥、沈微、方惠英、诸葛健的论文《太湖流域土壤微生物基因组总DNA分离纯化及其质粒文库的初步构建》[2004，10(6)：774～777]获本刊2004年第5期优秀论文奖。