西藏米拉山高寒草甸土壤微生物DNA提取及宏基因组Fosmid文库构建

青藏高原土壤中富含特殊的微生物资源,因大多数未能得到培养而无法利用.提取微生物总DNA及构建宏基因组文库的方法是研究未培养微生物的重要方法(免培养法).西藏米拉山高寒草甸土壤中腐植酸、有机质含量非常高,DNA提取非常困难,本研究表明直接法提取该样品的DNA片段小,杂质含量高,不能满足构建大插入片段文库的要求;结合低速离心和Nycodenz密度梯度离心先分离出微生物细胞的间接法虽然DNA产率降低,但是纯度高,片段长,多样性丰富,更适合于构建大插入片段文库.在间接法提取高质量西藏高寒草甸土壤微生物DNA的基础上,成功构建了一个包含30624个克隆、库容量超过1Gbz稳定性好的宏基因组Fosmid文库,为从西藏高原土壤中挖掘和利用新的功能基因研究奠定了基础.

活性污泥宏基因组Fosmid文库的构建

大插入片段宏基因组文库的构建是开发大片段目的基因及分析其结构与功能的基础.文中分别采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)法、试剂盒及琼脂糖包埋法提取活性污泥宏基因组DNA,其中琼脂糖包埋法获得的DNA片段大于23kbp,利用此DNA成功构建了以pCC1FOS为载体的Fosmid文库,该文库含有5280个克隆,平均插入片段长度为35～40 kbp,共包含约200 Mbp的宏基因组DNA.从此文库中随机挑选200个克隆,利用活性筛选方法快速筛选到了1个含有淀粉酶的阳性克隆,表明活性污泥Fosmid文库可用于功能基因的活性筛选,具有开发新基因的潜力.

松材线虫伴生细菌宏基因组fosmid文库构建及特征分析

松材线虫是松材线虫病的病原,且与其伴生细菌之间存在互作。为研究松材线虫和伴生细菌的互作关系,本研究用Nycodenz介质离心和SDS裂解法富集松材线虫的伴生细菌,以酚/氯仿抽提法提取DNA,构建了松材线虫伴生细菌fosmid宏基因组文库。文库克隆的插入片段大小分布在30~45kb,平均长度为40kb。该文库包含19200个克隆,共计包含7680000kb DNA。文库稳定性检测表明插入的DNA片段能够在fosmid质粒中稳定遗传,没有发现插入片段丢失或重排。随机挑选96个克隆进行末端测序,BLAST分析表明：该文库中松材线虫序列占5.2%,细菌序列占64.6%,无同源序列14.6%。对伴生细菌多样性分析表明：Stenotrophomonas为优势种群,Sphingomonas、Cupriavidus和Pseudomonas为次优势种群。该文库的建立为揭示松材线虫与其伴生细菌的互作关系及伴生细菌的生态功能奠定了基础。

荷斯坦奶牛瘤胃微生物元基因组Fosmid文库的构建与分析

采用包埋法提取荷斯坦奶牛瘤胃微生物大片段总DNA,纯化后脉冲场电泳回收大小为36-48 kb,与pcc2FOS vector连接,转染至大肠埃希菌EPI 300宿主细胞,构建瘤胃微生物Fosmid基因组文库。对文库进行鉴定,该文库平均插入片段大小约35 kb,共保存30 000个克隆,空载体率小于2%,库容达1050 Mb。

深海沉积物宏基因组文库构建及淀粉酶筛选

深海环境通常具有高盐,高压,高/低温,无光照等特点,使得海洋微生物存在一套独特的生理代谢机制和分子细胞结构,然而迄今绝大部分深海微生物不能在实验室条件下被分离培养,深海微生物资源开发遇到很大挑战。本研究通过不依赖培养的方法研究海洋微生物的基因资源,构建了南海深海沉积物fosmid宏基因组文库,共获得约39 600个克隆,插入片段范围在24～45kb之间,平均插入片段大小为33kb,克隆片段的总库容达到1 320Mb。通过功能筛选获得3个具有淀粉酶活性的克隆子,选取其中最适温度较低的amy7作为进一步研究对象。构建amy7插入片段的重组质粒文库,获得一个同样有淀粉酶活性的克隆子amy7—6。经测序,克隆子amy7—6含有3 291bp插入片段,序列比对分析后发现其中一个大小为1 920bp的ORF,其编码的蛋白质序列(AmyS)与各种来源的糖苷酶有着较高的相似性。

土壤宏基因组文库的构建及格尔德霉素类PKS基因的初步筛选

目的构建土壤宏基因组文库并对格尔德霉素类I型聚酮合酶(polyketide synthase,PKS)基因进行初步筛选研究。方法直接提取土壤样品中宏基因组DNA,以Fosmid为载体,构建宏基因组文库。根据格尔德霉素的I型PKS基因的保守序列设计引物,使用菌落PCR方法直接筛选所获得的宏基因组文库。结果成功构建了土壤宏基因组文库,获得约6800个克隆子,其平均插入片段在25kb以上,覆盖至少170Mb的基因组信息。通过PKS基因筛选,获得了新的PKS基因片段。结论本文报道了土壤宏基因组文库的成功构建,并为利用宏基因组技术寻找新的聚酮类次级代谢产物的生物合成基因,以便于其异源表达或组合生物合成新的聚酮类次级代谢产物奠定基础。

高糖土壤微生物宏基因组文库的构建及β-葡萄糖苷酶基因鉴定

采用宏基因组技术构建了高糖土壤微生物的DNA文库，该文库约含9万个克隆，文库外源DNA总容量为3．1×10%^9bp。利用活性筛选策略，对文库进行筛选，获得11个β-葡萄糖苷酶的阳性克隆，并对其中2个表达β-葡萄糖苷酶的克隆进行亚克隆和序列分析，获得两个编码新型B一葡萄糖苷酶的基因分别命名为：Mn6印引和Mn6印3日。生物信息学分析表明：“unbgl3A基因由2241个碱基对组成，unbgl3B基因由2292个碱基对组成。在核苷酸水平上，unbgt3A、unbgl3B与已知数据库中的β-葡萄糖苷酶基因没有任何相似性。在氨基酸水平上，与GenBank数据库中已知β-葡萄糖苷酶的相似性分别为73％~1169％。

宏基因组文库中的组成型启动子在大肠杆菌中的克隆

启动子是决定基因表达水平的重要因素之一。组成型表达启动子被认为是工业上表达重要蛋白质的理想启动子。本研究利用蔗糖为唯一碳源的基本培养基对榨糖废水浸润的土壤微生物宏基因组文库进行筛选,获得两个阳性克隆。对其中一个克隆的柯斯质粒进行亚克隆,利用在线启动子预测和序列比对工具对其中一个亚克隆子进行分析,获得一个启动子序列。然后,利用PCR方法将该启动子和地衣芽孢杆菌的α-淀粉酶基因一起克隆到T载体上。结果表明该启动子在不加诱导剂的条件下能够在大肠杆菌中启动外源基因的高效表达。本研究结果为在生物领域中组成型启动子的应用研究提供了基础。

杂色鲍Fosmid基因组文库构建与血蓝蛋白基因筛选

以杂色鲍Haliotis diversicolor肌肉组织为材料,按照CopyControlTM Fosmid Library Production Kit中方法构建了杂色鲍Fosmid全基因组文库.从文库中随机挑取50个克隆进行NotⅠ酶切鉴定发现,阳性率达到100%,插入片段大小分布在32～48 kb之间,平均长度约37.6 kb.随机挑取8个克隆进行正、反向末端测序,获得了全部16个测序结果,其中8条序列确定为鲍来源基因序列.进一步根据杂色鲍血蓝蛋白(Hemocyanin)基因3'端序列设计特异引物,用PCR方法对基因组文库进行筛选,获得一个阳性克隆,经Primer-Walking测序、Blast比对和进化分析证实,该序列为杂色鲍血蓝蛋白Ⅱ型基因克隆.

土壤宏基因组文库的构建及拮抗稻瘟菌克隆子的筛选

从橡胶林土壤中提取微生物总DNA,用PstI酶切后,酶切液与pBluescriptKS+载体连接转入大肠杆菌,构建了包含7 680个克隆子的宏基因组文库,76.2%的质粒含有外源DNA,插入片段的平均大小为4.3kb,DNA文库的容量为32.25MB。首先用序列筛选方法对土壤宏基因组文库进行筛选,共得到11个克隆子,通过对11个克隆子进行功能筛选(复筛),发现克隆子JKDL-1和JKDL-2对稻瘟菌有明显抑制作用,其余的9个克隆子对稻瘟菌没有明显活性。具有拮抗作用的克隆子通过NCBI的Blastx分析,发现JKDL-1和JKDL-2分别与柄杆菌属(Caulobactersp.K31)和布克氏菌属(Burkholderia ambifariaMC40-6)有75%和77%的同源性,初步预测其功能为组氨酸激酶(GAF sensor hybrid histidine kinase)和乙酰辅酶A乙酰转移酶(acetyl-CoA acetyltransferases)。

Fosmid基因组文库构建及应用现状

稳定的大片段基因组文库是生物基因组学研究的基础材料平台。近年来Fosmid载体由于其插入片段大小适中、易于构建、稳定性好、拷贝数可诱导等优点,越来越广泛地被应用于物理作图、基因挖掘、辅助测序等工作。本文就Fosmid克隆载体发展历程、Fosmid文库的功能及其在各领域的应用现状、发展前景等方面展开论述,主要呈现构建Fosmid基因组文库的作用及应用现状。

温泉土壤宏基因组文库构建及普鲁兰酶筛选

【目的】构建温泉土壤宏基因组文库并进行普鲁兰酶活性筛选,以期获得高活力、耐高温的新型普鲁兰酶基因。【方法】采用间接法提取温泉土壤样品中宏基因组DNA,经SephadexG200(含2%PVPP)凝胶柱和电洗脱两步纯化后,扩增16SrRNA序列,通过序列比对和系统发育进化树分析温泉土壤微生物的多样性;然后以pCC1FOS为载体构建温泉土壤宏基因组文库,并对所获得的宏基因组文库进行活性筛选。【结果】利用宏基因组技术提取温泉土壤样品中微生物的基因组DNA,构建了一个约含1146个克隆的温泉土壤16S rRNA文库,经遗传进化分析,发现温泉土壤样品中的大部分微生物未被研究过,主要来源于厚壁菌门(Firmicutes),其次为恐球菌—栖热菌门(Deinococcus-Thermus)和变形杆菌门(Proteobacteria)。用提取获得的宏基因组DNA成功构建了温泉土壤微生物宏基因组Fosmid文库,文库约含2.7万个克隆,平均插入片段长度为40.0 kb,文库外源DNA总容量为1.2×109bp;通过活性筛选共获得9个可表达普鲁兰酶活性的克隆。【结论】宏基因组文库技术是获取极端环境微生物新酶的有效手段,可为进一步挖掘普鲁兰酶的应用潜力及研究其耐热机理奠定基础。

沼气池宏基因组文库中未培养微生物β-葡萄糖苷酶基因的克隆与鉴定

以间接提取法提取了沼气池样品的微生物宏基因组DNA,用柯斯质粒载体pWEB:TNC构建了一个含三万个克隆的沼气池宏基因组文库,对文库中的克隆随机分析表明,该文库的外源片段平均长度为40 kb,文库的总容量为1 .2×106kb。对其中的一个在七叶苷平板上显色的阳性克隆pGXN100进行进一步亚克隆、测序和序列分析。结果表明,pGXN100上有一个全长为1 863bp的ORF,编码621个氨基酸组成的蛋白质。将该基因命名为Unglu100。与产气克雷伯菌属的一个β-葡萄糖苷酶基因AN292在核苷酸和氨基酸水平上分别有76%和85%的同源性,利用SMART软件进行预测表明,Unglu100可能是PTS中β-葡萄糖苷酶特异性的转运蛋白组件。

堆肥未培养细菌的宏基因组文库构建及新的木聚糖酶基因的克隆和鉴定

从自制堆肥样品中提取未培养细菌的总DNA,用柯斯质粒pW EB∷TNC为载体构建宏基因组文库,对文库进行筛选获得表达木聚糖酶活性的克隆,再进行亚克隆、测序分析以及B lastx搜索G enB ank分析木聚糖酶基因。结果构建得到一个包含约5万个克隆的宏基因组文库,文库中外源DNA总容量约为1.8×106kb,获得2个表达木聚糖酶活性的克隆:pGXN 1050和pGXN 1051,鉴定分析表明:pGXN 1050上潜在的木聚糖酶基因um xyn 11A具1个771bp的ORF(Open R ead ing F ram e),可编码含257个氨基酸的蛋白质,所编码产物与混合纤维弧菌(C ellv ibr io m ix tus)的内切-1,4-β-木聚糖酶(G enB ank索引号Z48925.1)的氨基酸序列有46%的一致性和57%的相似性;pGXN 1051上潜在的木聚糖酶基因um xyn 11B具一个723bp的ORF,可编码含241个氨基酸的蛋白质,编码产物与混合纤维弧菌的内切-1,4-β-木聚糖酶(G enB ank索引号Z48925.1)的氨基酸序列有73%的一致性和80%的相似性。木聚糖酶Um xyn11A和Um xyn11B都属于糖基水解酶家族11的成员。

稻瘟病抗性鉴定田土壤宏基因组文库构建及分析

从稻瘟病抗性鉴定田中提取土壤微生物宏基因组DNA,EcoRⅠ和BamHI双酶切后插入到经同样双酶切的pSK+载体中,转化至DH5α感受态细胞,构建了土壤微生物宏基因组文库。随机挑选了9个克隆测序,并通过NCBI的Blastx分析了序列可能所属的物种和基因。结果其中有6个能与库中序列达到较大匹配,3个的分析结果表明可能是新基因,说明所建文库的生物多样性和新基因数较丰富。

条斑紫菜基因组Fosmid文库构建

高分子量基因组文库是开展条斑紫菜基因组学研究的必备工具。构建了由23 040个Fosmid克隆组成的条斑紫菜孢子体无偏倚基因组文库。检测分析表明：文库克隆重组率为100%；插入DNA片段长度为28-40 kb，平均长度为35 kb，文库覆盖率约为条斑紫菜基因组的2.78倍；从超级池中筛查条斑紫菜18S rRNA、atpA、h2A、rbcL基因，至少能得到一个阳性克隆，印证了计算所推测的文库覆盖率；随机选取6个Fosmid克隆经100代传代后插入DNA片段未发生丢失或长度变化，表明克隆传代的稳定性。该文库的构建为开展条斑紫菜基因组特性分析和基因克隆奠定了基础。

海绵宏基因组文库构建及抗菌肽功能基因的初步筛选

宏基因组文库技术是利用未培养微生物基因资源的有效途径。成功构建澳大利亚厚皮海绵的Fosmid宏基因组文库,插入片段平均大小为36.8kb。利用建立的宏基因组文库,采用PCR技术初步筛选到具有编码抗菌肽的功能基因。这是我国首次尝试构建海绵宏基因组文库,对于今后开发利用海绵丰富的基因资源具有重要的意义。

甘薯近缘种Ipomoea trifida (Kunth) G.Don基因组Fosmid文库构建及PCR筛选体系建立

为挖掘有价值的基因资源,对甘薯近缘种I.trifida的基因组文库进行了研究。通过流式细胞法测定I.trifida（2x,编号DLP4597）基因组大小为531.699 Mb。以叶片为材料采用包埋法提取基因组DNA,通过物理剪切进行基因组DNA片段化并进行末端平滑化和磷酸化处理,脉冲场电泳回收33-48 kb的DNA片段,然后连接到Fosmid载体pCC1FOS（Epicentre）上,包装转化大肠杆菌EPI300,构建了I.trifida的基因组Fosmid文库,该文库包含101 952个单克隆,保存于1 062个96孔培养板中,平均插入片段35 kb,覆盖基因组约6.7倍,理论上任意片段筛出率达到99.88%。以20个96孔板为一组构建三维PCR筛选体系,共分为53个组（第53组包含22个96孔板）,每组包含1个超级池,20个板池,12个列池,8个行池,理论上最多通过93个PCR反应即可筛选到1个阳性单克隆。随机选择来自I.trifida的10个基因进行文库克隆筛选,平均阳性克隆数为8.2个,最少阳性克隆数为3个,最多为16个。

宏基因组技术构建土壤宏基因组文库研究进展

土壤中大部分的微生物不能被培养,从而限制了对土壤微生物的开发利用,宏基因组技术可以解决这一难题,成为开发微生物资源的一种工具。阐述了宏基因组文库的构建、土壤宏基因组文库的特点及筛选文库获得的一些成果,并分析了构建土壤宏基因组文库存在的问题。