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微生物是一类重要的生物资源,是现代工业生物技术发展的生物学基础。人类利用微生物资源已经产生了巨大的经济和社会效益。微生物资源被有效应用的基础是微生物的分离培养和分类鉴定。随着分子生物学理论和方法的不断发展,目前,微生物的分类鉴定已经在形态、生理生化等传统鉴定实验技术的基础上,更多的利用分子生物学的发展成果,通过分子标识的核苷酸序列及其解析实现微生物分离培养物的高效、快捷和准确鉴定。微生物核糖体DNA(rDNA)序列是微生物分类鉴定中最重要的分子标识。为确定rDNA序列在大规模工业微生物资源分类与鉴定中的应用可行性和应用价值,本文创建了微生物基因组DNA及其rDNA分子标识的快速高通量制备方法,研究了细菌16SrDNA序列、酵母和丝状真菌内部转录间隔区(Internal transcribed spacer, ITS)序列等分子标识在工业微生物资源分类与鉴定中的价值与意义。获得的主要研究结果如下:(1)建立了核糖体DNA分子标识的快速制备方法,为工业微生物资源的批量、快捷分类与鉴定奠定了基础。研究了从基因组DNA释放到标识分子PCR扩增的各阶段影响因素,优化了不同种属微生物基因组DNA的通用制备方法,建立了一种快捷的工业微生物资源的批量鉴定方法,此方法中的基因组DNA制备过程耗时仅20min,并省去了有机溶剂抽提和蛋白酶、RNase等的处理步骤,可实现微生物资源的批量(96n个分离物)鉴定。此方法可应用于细菌、放线菌、酵母和丝状真菌等不同种属微生物资源的快捷分类鉴定。利用该方法对5296株不同种属的工业微生物资源保藏物进行了成功鉴定。(2)研究了16S rDNA分子标识在细菌分类与鉴定中的价值,所研究的全部细菌分离物均可通过16S rDNA分子标识鉴定到属,绝大多数(82.5%)细菌分离物可直接鉴定到种。运用上述工业微生物资源批量、快捷分类鉴定方法,对3726株细菌分离物的16S rDNA进行了有效扩增、核苷酸序列测定、序列比对和分类鉴定,其中3073株细菌分离物可被成功鉴定到种一级,分属于210个种,45个属,占整个细菌分离物的82.5%;其余653株细菌分离物仅可鉴定到属,占整个细菌分离物的17.5%。研究中也发现,16S rDNA分子标识在芽孢杆菌属(Bacillus)和土芽孢杆菌属(Geobacillus)等少数菌属中的部分种间鉴定的敏感性不高。(3)研究了ITS分子标识在丝状真菌分子鉴定中的普适性,所研究丝状真菌分离物中的99.4%可通过ITS分子标识鉴定到属,其中82.2%的分离物可直接鉴定到种。利用ITS序列同源性分析对832株丝状真菌分离物进行了分子鉴定,其中684株(82.2%)分离物可被成功鉴定到种,分属于84个种,33个属;143株分离物仅可鉴定至属一级水平,占整个丝状真菌分离物的17.2%。研究中也发现,ITS分子标识在曲霉属(Aspergillus)和青霉属(Penicillium)等少数菌属内部分种间鉴定的敏感性不高。本研究中,另有5株(0.6%)丝状真菌分离物尚不能通过ITS分子标识获得有效鉴定。(4)研究了ITS分子标识在酵母分类鉴定中的适用性,所研究酵母分离物中的99.7%可通过ITS分子标识鉴定到属,其中94.3%的分离物可直接鉴定到种。利用ITS分子标识对738株酵母分离物进行了分类鉴定,有696株(94.3%)酵母分离物可被成功鉴定到种,分属于42个种,18个属;40株分离物仅能鉴定到属,占整个酵母分离物的5.4%。另有2株(0.3%)分离物尚不能通过ITS分子标识获得有效鉴定。综上所述,本研究在建立批量、快捷和高效的微生物鉴定方法的基础上,研究确认了16S rDNA序列在细菌分类鉴定、ITS序列在酵母和丝状真菌分类鉴定中拥有很高的敏感性和特异性,可以将绝大部分的微生物分离物直接鉴定到种属。因此,细菌16SrDNA序列及酵母和丝状真菌ITS序列可以作为第一轮分类鉴定标识,用于微生物分离物的分类鉴定。微生物的鉴定可以也应该从rDNA开始。