微生物技术通报
本文关键词：生物技术通报，由笔耕文化传播整理发布。
篇一：生物技术通报
生物技术通报
·技术与方法· BIOTECHNOLOGY BULLETIN2006 年第 4 期
收稿日期: 2006-03-30
基金项目: 国家自然科学基金资助( 50508014)
作者简介: 徐晓宇( 1978-) 女, 助理馆员, 主要从事科学研究热点情报追踪工作 E-mail: iist@sytu.edu.cn 电话: 0510-85888050
环境微生物基因组技术研究进展
徐晓宇
1
刘和
2
(
1
江南大学图书馆, 无锡 214036;
2
江南大学生物工程学院, 无锡 214036)
摘 要: 环境微生物基因组学是基于功能和序列的基础上对得到的环境样品基因组进行分析的科学, 是目前国际生
物技术研究开发的最新热点之一。对环境微生物基因组技术的概念、研究策略和筛选方式进行了介绍, 并对该技术存在的
问题和未来发展方向做了展望。
关键词: 环境微生物基因组 SIGEX FACS
The Progress of Metagenomics Technology
Xu Xiaoyu
1
Liu He
2
(
1
Library of Jiangnan University, Wuxi 213036;
2
School of Biotechnology Jiangnan University, Wuxi 214036)
Abstract: Metagenomic describes the functional and sequence-based analysis of the collective microbial genomes
contained in an environmental sample. It is one of the t hot points in the biotechnology study at present. In this review,
comprehensive of concepts and methodologies regarding metagenomics and screening methods are described. Furthermore, the
prioritiesare discussed.
Key words: Metagenomics SIGEX FACS
1 环境微生物基因组
环境微生物基因组又称宏基因组, 是由 Han-
dels-man 等人 1998 年提出的, 即生境中全部微小
生物遗传物质的总和, 主要是指环境样品中的细菌
和真菌的基因组总和
[1]
。环境微生物基因组技术是
基于功能和序列的基础上对所得到的环境样品基
因组进行分析的技术。自然界 99%以上的微生物是
不可培养的
[1, 2]
, 人们对这部分微生物的生态、遗传
以及代谢性能了解很少。环境微生物基因组技术是
在 PCR 技术和对自然环境 基因中的相似性基因
( 如 16SrRNA,nif、recA) 的克隆技术的基础上发展
起来的, 是一种可以不需要获得实验室纯培养物而
对自然界的样品的生物多样性进行分析的强有力
手段。环境微生物基因组技术的研究用途十分广
泛, 可以用于筛选新的功能基因、在微生物分类学
和微生物生态学以及改进微生物培养基和培养技
术等方面具有重要的科学意义。由于环境微生物
基因组技术建立在不需要对环境微生物进行培养
的基础上, 因此避开了微生物分离培养的问题, 极
大地扩展了微生物资源的利用空间, 其在挖掘和利
用那些未能培养微生物的基因资源方面显示了强
的大能力, 为最大限度的获取微生物资源并为人类
服务带来了前所未有的机遇, 已经成为国际生命科
学技术研究和开发最重要的热点之一。
2 环境微生物基因组技术的研究策略
环境微生物基因组技术研究的通常的步骤是:
环境样品 DNA 的提取、将 DNA 克隆到合适的载体
中、将载体转化到宿主细胞建立环境微生物基因组
文库以及对环境微生物基因组文库的分析。直接从
环境中克隆 DNA 的构想最初是由 Pace 提出来的
[4]
, 随即由 Schmidt 等人加以实施
[5]
。DeLong 等人的
研究将海水样品改为土壤样品
[6]
。DNA 提取和纯化
后需要采用合适的载体和宿主构建 DNA 文库, 以
往插入小片段 ( <10kb) 做载体并导入 Escherichia2006 年第 4 期
coli 的方法
[7]
不适合检测大的基因簇和操纵子。为
了解决这个问题, 研究人员构建了含有较大插入片
段的 DNA 文库。例如 cosmid DNA 文库( 通常采用
pWE15 载体) , 插入片段为 25~35kb
[8]
, 细菌人造染
色体( BAC) 文库, 插入片段为 200kb
[9, 10]
。已经有人
报
[11]
。
研究中通常采用 E.coli 作为环境微生物基因组克
隆 基 因 表 达 的 宿 主 菌 , 近 来 有 少 数 采 用 Strepto-
myces lividans 作为宿主菌
[12]
。有一些实验室采用新
的革兰氏阴性细菌作为表达的宿主菌以提高表达
的效率。
3 环境微生物基因组文库的筛选策略
对环境微生物基因组文库进行筛选分析有三
种策略: 以功能为基础的筛选、以序列为基础的筛
选以及最近提出的底物诱导基因表达筛选。
3.1 以功能为基础的筛选
以功能为基础的筛选最初是从文库中筛选出
能够表达某种特性的克隆, 此后用于分子生物学和
生物化学分析。这些鉴别克隆的方法在新药的发现
上有潜在的应用价值。所获取的有活性的蛋白质在
工业和农业上也具有一定的用途。采取这种方法可
以从环境微生物基因组文库中迅速找到具有工业
应用前景的克隆。此外, 它也能用于检测编码已知
生物活性物质的 DNA 序列。目前, 运用以功能为基
础的筛选策略, 已经成功获得抗生素基因
[12~16]
, 抗
生素抗性基因
[17~19]
, 淀粉酶
[20, 21]
, 木聚糖酶
[22]
, 乙醇
氧化还原酶
[23]
果胶酸酯、裂解酶
[24]
等等。
3.2 以序列为基础的筛选
以序列为基础的筛选方法不需要在不同的宿
主中表达所克隆的基因。通常是基于已知的基因序
列对文库中的靶标序列例如 16SrRNA 或 recA 基因
进行分析
[25]
。最初也是最有名的以序列为基础的分
析的例子是 Craig Venter 在采用序列分析的方法分
析马尾藻海域的微生物, 鉴定出大量的新基因
[26]
。
欧洲实验室运用同样的方法对系统发生关系复杂
的生物膜进行全部或部分的序列分析。Tyson 等人
对一个嗜酸的生物膜进行全序列分析, 试验结果证
明其中生物多样性较低
[27]
。上述两个发现成为 2004
年最重要的 10 大科学突破之一。
3.3 底物诱导基因表达筛选(SIGEX)
Kazuya Watanabe 和他的同事们提出了底物诱
导基因表达筛选策略, 利用 SIGEX 筛选方法对包含
152 000 个克隆的环境微生物基因组文库进行分
析, 用苯甲酸盐诱导分离出 33 个克隆, 采用萘作为
底物诱导得到两个克隆
[28]
.
SIGEX 策略是基于代谢基因的表达而设计的,
由一定的调控机制控制的代谢底物或者代谢酶的
诱导。SIGEX 检测底物存在时表达而底物不存在时
就不表达的代谢基因。整个过程如图 1 所示, 为了
提高 SIGEX 的产率, 构建出一个 p18GFP 载体, 克
隆位点将 lac 启动子和 gfp 结构基因分开( 步骤 1) 。
采用 p18GFP 载体构建环境微生物基因组文库, 运
用 IPTG, 分离自行连接和连接有外源基因的克隆
( 步骤 2) , 在底物存在的条件下表达环境微生物基
因组 DNA 中由 gfp 基因编码的分解代谢特性( 步骤
3) , 从琼脂平板上分离阳性克隆并鉴定( 步骤 4) 有
荧光活性的细胞。在筛选过程中, 荧光激活细胞拣
选法( Fluorescence-activated cell sorting FACS)被用
于检测分离。
3.4 三种筛选方式比较
环境微生物基因组学的三种筛选方法均有其
优缺点。以功能为基础的筛选能够获取所需的全部
基因或基因簇, 缺陷是它要求在宿主细胞中表达所
想要的功能和要求了解表达该功能的基因。它同样
需要建立和广大的文库使人们便利和有效地筛选
对含有人们感兴趣的特性的克隆。因为获取所需的
克隆数量很少, 为了克服这些困难, 人们使用了很
多手段, 近来人们采用穿梭载体在不同的宿主中用
以表达环境微生物基因组 DNA, 并对 Escherichia.
coli 进行修改使以提高其表达范围。
虽然编码次级代谢产物的基因的 DNA 片段通
常成簇分布, 但是仍然很难获取超过 100 个基因的
DNA 片段的合成抗生素基因。研究中需要在大量
的环境微生物基因组文库中筛选出所需的极少的
克隆。
为了克服这个困难, 研究人员设计出能够在大
量的样品中进行检测的高灵敏的自动检测系统。通
常采用在特别的培养基 ( 例如加入抗生素的培养
基) 中培养, 筛选出一个便于选择的特性, 这样使得
从大量克隆中进行筛选更为便利。基于序列为基础
徐晓宇等: 环境微生物基因组技术研究进展 55生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2006 年第 4 期
底物诱
导启动子
的筛选能够克服不等同表达的特点, 以往采用鸟枪
法测序获得大量的数据, 但是鸟枪法测序资金昂贵
且劳动强度极大, 特别是在寻找表达某种特性基因
的时候。此外, 由于在鸟枪法测序分析中所得到的
数据是根据构建的数据库进行相似性研究的, 不免
有它的局限性。近来发展出生物芯片的方法基于序
列为基础的对生物种群序列进行分析。生物芯片的
方法是一种能够迅速识别和鉴定大量的克隆的有
效的手段, 它的缺陷是得到的序列不能被运用于生
物化学反应, 但它不需要获取目标产物的全部基因
或者基因簇。在环境微生物基因组学研究中, 这种
检测策略被成功的运用于获取几种新的具有广泛
工业应用前景的酶。
表 1 几种环境微生物基因组文库筛选方法的比较
图 1 SIGEX 过程图的原理图
562006 年第 4 期
基于功能的筛选和基于序列的筛选均可运用于
分离环境微生物基因组中的新型化合物, 但是每种
方法在研究中工作量都极大, 因为获取具有目的特
性的克隆数量太少, 为了克服这个困难, 人们采用了
一些改进的手段。例如, 人们除了利用 E.coli 表达之
外 还 采 用 了 Streptomyces lividans 或 Pseudomonas
putida 作为宿主进行表达以解决次级代谢产物不等
篇二：生物技术通报格式
《生物技术通报》原创性研究论文写作模板
（黑体小二号居中）
【说明：题目要简短、醒目、准确反映主题、一般不超过20个字，尽量不用动宾结构，用名词
性短语】 作者1□□作者2□□作者1,2
（四号楷体，居中，之间不加逗号，加两个空格）
（1.单位名称，城市□邮编；2.单位名称，城市□邮编）
（小五号宋体，居中，以分号隔开）
□□摘□□要（小五号黑体，空两格）：【目的】30-50字，□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□。【方法】30-50字□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□。【结果】核心部分，约150字□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□。【结论】不能忽略，约50字□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□。（内容为小五号宋体）
【说明：要使用科学性文字和具体数据，不使用文学性修饰词；不使用图、表、参考文献、复杂的公式和复杂的化学式，不使用非公知公用的符号或术语；不要加自我评价，如“该研究对?有广阔的应用前景”，“目前尚未见报道”等。摘要能否准确、具体、完整地概括原文的创新之处，将直接决定论文是否被收录、阅读和引用。摘要一律采用第三人称表述，不使用“我们”、“本文”、“文章”、“作者”、“本研究”等作为主语。】
□□关键词（小五号黑体，空两格）：关键词；关键词；关键词（小五号宋体，之间加分号）
【说明：中文关键词尽量不用英文或西文符号。不要使用过于宽泛、笼统的词作关键词， 如基因、表达，克隆，进展等，这样将失去检索的作用】
Biotechnology Bulletin
（Times New Roman，小二，加粗，居中，实词首字母均大写，其余小写，特定除外）
Li Nan Di Yanhong Ma Xin
（Times New Roman，小四，居中，之间不加逗号，加两个空格）
（Department, University, City, Zip Code, Institute, Beijing 100081)
（Times New Roman，小五，除括号、编号、逗号、分号和邮编正体外，其余斜体） 收稿日期：
基金项目：项目名称（编号）（基金项目必须要有编号，多个项目之间同逗号隔开）
作者简介：姓名，性别，学历，研究方向：XXX; E-mial:
通讯作者：姓名，性别，学历，研究方向：XXX; E-mial:
□□Abstract（小五号，Times New Roman体，加粗，空两格）: [Objective] □□□□□□□□□□
□□□□□□□□≈15%, [Methods] □□□□□□□□□□□□□□□□□□ ≈15%, [Results] □□□□
□□□□□□□□□□□□□□≈55%, [Conclusion] □□□□□□□□□□□□□□□□□□ ≈15%（内
容小五号Times New Roman体）
【说明： 英文摘要不能只是对中文摘要的简单翻译，要详细、准确、完整，通过英文摘要就可以反映全文
概要。摘要应回答好以下4方面问题：1) What you want to do(直接写出研究目的)；2) How you did it(详
细陈述过程和方法)；3) What results did you get and what conclusions can you draw(全面罗列结果和结
论)；4) What is original in your paper(通过2)和3)两方面内容展示文中创新之处)】。
1) 用过去时态叙述作者工作，用现在时态叙述作者结论；
2) 文摘中的缩写名称在第一次出现时要有全称；
3) 文摘中尽量少用特殊字符；
4) 能用名词做定语不要用动名词做定语，例如：用measurement accuracy，不用measuring accuracy
5) 可直接用名词或名词短语做定语的情况下，要少用of句型，例如：用measurement accur不用accuracy
of measurement
□□Key words（小五号，Times New Roman，加粗）: Key words; Key words; Key words（小五号，Times
New Roman，之间加分号）
正文结构：0引言；1 材料与方法；2 结果；3 讨论；4 结论 （正文单倍行距， 单
栏排）
0引言（该标题不列出，五号宋体）
【说明：引言作为论文的开端，主要回答“为什么研究”这个问题。它介绍论文的背景、相关
领域的前人研究历史与现状，本文的切入点，拟解决的问题。包括作者的研究意图与分析依据，
研究范围和理论、技术方案的选取等。引言中不需详述已经熟知的，包括教科书上已有陈述的
基本理论、实验方法和基本方程的推导。缩写名称在第一次出现时要有全称。】
1 材料与方法（小四号黑体，顶格，序号和标题文字间空半格）
1.1 材料（五号楷体，顶格，序号和标题文字间空半格）
1.2方法
1.2.1 三级标题（五号宋体，顶格，序号和标题文字间空半格，标题与正文间空半格）
1.2.2三级标题
2 结果
结果仅为试验的结果，不作分析，不出现涉及参考文献的内容。
【说明：图表题黑体、小五号字。表格一律用三线表。图中文字一律用6号字。中文用宋体，英文、数字用Times
New Roman。双栏图宽不超过7.5cm；通栏图宽不超过15.0cm；照片图需提供清晰照片。图按照在正文中出现
的先后顺序依次编号；随文排图、表；图设图序、图题、图注；图题置于图形的下方，图注置于图题的上方。】
常用符号书写格式
3 讨论
讨论应充分，结合其它文献进行比较，深入分析讨论，阐述及分析在实验中遇到的问题，，
合理解释，以及对未来研究内容的展望等【说明：尽量引用近5年的参考文献】。
4 结论
高度简明、扼要，且条理清晰地概括本研究的主要结果，做了什么得到什么即可，不需要
有评述性语言【说明：结论中不出现参考文献序号、图表及数学公式】。
参考文献（宋体，Times New Roman，小六）
（1）参考文献在正文中按出现的先后顺序编号，文后的编号及顺序与正文中一致。
(2) 参考文献的作者少于3人（含3人）时全部列出，多于3人时只写前3人，后加“等”
或“et al”。
(3) 人名格式：姓（全称）＋名（首字母），不用缩写符号“.”。
(4) 注意被引的期刊要标出：年，卷（期）：页码。
(5）引用期刊的名称（每个词的首字母大写，正体）如果用缩写，不要用缩写符号“.”。
(6) 逗号、冒号、句号等符号均用半角。
各类型参考文献格式范例
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