微生物生态学研究热点与进展微生物生态学研究热点与进展 报告内容报告内容 微生物基因组学微生物基因组学 微生物群落结构与多样性微生物群落结构与多样性1、微生物基因组学、微生物基因组学 完成完成完成完成进行中进行中进行中进行中合计合计合计合计细菌细菌细菌细菌2792791717296296古细菌古细菌古细菌古细菌23230 02323病毒病毒病毒病毒3 30 03 3合计合计合计合计3053051717322322环境微生物学的研究热点环境微生物学的研究热点已经完成全基因组测序的环境修复修复相关的：已经完成全基因组测序的环境修复修复相关的：已经完成全基因组测序的环境修复修复相关的：已经完成全基因组测序的环境修复修复相关的：Shewanellaoneidensis, 去除铬、铀等环境有毒金属；Dehalococcoidesethenogenes, 清除有机溶剂造成的污染； Geobactersulfurreducens, 帮助转化铀和其它一些放射性金属物质; Pseudomonasputida,在土壤有机污染物的生物修复中潜力巨大，该菌株甚至还能促进植物生长并具有抗植物病害作用；Deinococcusradiodurans，地球上最耐辐射的的生物，耐受的辐射剂量150万拉德，是人类耐受1000-3000倍；Desulfovibriovulgaris, 帮助修复铀和铬等重金属污染；Caulobactercrescentus, 应用于低营养水环境的生物修复；Alcanivoraxborkumensis, 海洋石油消除。Dehalococcoidesethenogenes, 清除有机溶剂造成的污染；PseudomonasputidaKT2440,在土壤有机污染物的生物修复中潜力巨大，该菌株甚至还能促进植物生长并具有抗植物病害作用；Alcanivoraxborkumensis, 海洋石油消除。Caulobactercrescentus, 应用于低营养水环境的生物修复；Geobactersulfurreducens, 帮助转化铀和其它一些放射性金属物质Desulfovibriovulgaris, 帮助修复铀和铬等重金属污染；Shewanellaoneidensis去除铬、铀等环境有毒金属；Deinococcusradiodurans，地球上最耐辐射的的生物，耐受的辐射剂量150万拉德，是人类耐受1000-3000倍；2、生物多样性及微生物群落结构是研究的热点、生物多样性及微生物群落结构是研究的热点微生物微生物已描述的物种数量已描述的物种数量占全部的占全部的真菌真菌约 69,000约 5%细菌菌约约 4,760约 12%病毒病毒约约 5,000约 4%目前，自然界中目前，自然界中95%-99%的微生物种群不的微生物种群不能被分离和描述。能被分离和描述。 土壤微生物多样性仍是一个谜土壤微生物多样性仍是一个谜现代分子生物学技术打开了现代分子生物学技术打开了“土壤黑箱土壤黑箱”基于基于 DNA的微生物群落结构分析方法的微生物群落结构分析方法The application of genomics and derivative technologies yields insight into ecosystems. The use of genomics, functional genomics,proteomic and systems modeling approaches allows for the analysis of community population structure, functional capabilities and dynamics.基于基于基于基于1616S S rRNArRNA基因的分类微阵列基因的分类微阵列基因的分类微阵列基因的分类微阵列 高通量的分析微生物群落结构，成为检测复杂环境微生物群落结构的重要工具。lab-on-a-chip lab-on-a-chip ：这种 lab-on-a-chip被设计成可以分离各种微生物细胞、裂解后纯化DNA 或 mRNA，这个研究领域对于更深理解微生物的群落结构具有重要影响。分析复杂环境微生物群落结构的方法的最近分析复杂环境微生物群落结构的方法的最近进展：进展： 任何微生物培养技术和培养基都不能完全再现全部微生任何微生物培养技术和培养基都不能完全再现全部微生物的自然生存环境，使用免培养技术和基因组技术，直接分离物的自然生存环境，使用免培养技术和基因组技术，直接分离土壤系统中群落水平的未培养微生物土壤系统中群落水平的未培养微生物DNA样品并建立相应的生样品并建立相应的生态基因组库，通过高通量筛选技术进行大规模的新的重要功能态基因组库，通过高通量筛选技术进行大规模的新的重要功能基因的研究，鉴定参与污染物降解与转化、各种抗酸、抗盐、基因的研究，鉴定参与污染物降解与转化、各种抗酸、抗盐、抗湿、抗旱及抗（耐）重金属毒害等抗逆特殊功能基因。抗湿、抗旱及抗（耐）重金属毒害等抗逆特殊功能基因。未培养微生物资源的开发利用越来越受到关注未培养微生物资源的开发利用越来越受到关注生生 物物 圈圈种类丰富多种类丰富多样的微生物样的微生物分离分离培养培养大规模发大规模发酵培养酵培养宏基因宏基因组筛选组筛选获得产物获得产物通过构建宏基因组表达文库，通通过构建宏基因组表达文库，通过基于序列或酶活力筛选文库获过基于序列或酶活力筛选文库获得目的基因。得目的基因。缺陷：缺陷：超高通量的筛选或者需具超高通量的筛选或者需具有选择标记的分析方法。有选择标记的分析方法。进展：进展：底物诱导基因表达筛选底物诱导基因表达筛选 substrate-induced gene expression screen (SIGEX)。构构建建 GFP表达载体，通过表达载体，通过 fluorescence-activated cell sorting (FACS)来筛库来筛库. 宏基因组宏基因组DNA克隆到克隆到gfp上游，首先排除组上游，首先排除组成表达的克隆，不发荧光的克隆成表达的克隆，不发荧光的克隆在底物上生长，来筛选诱导表达在底物上生长，来筛选诱导表达gfp的克隆，这种筛选方法利用代的克隆，这种筛选方法利用代谢基因被底物诱导表达的特性谢基因被底物诱导表达的特性。 Screening Screening metagenomicmetagenomic expression expression librarieslibrariesShotgun sequencing 与基因与基因组（组（Metagenome）目前已经完成测序的宏基因组：目前已经完成测序的宏基因组：目前已经完成测序的宏基因组：目前已经完成测序的宏基因组：TysonTyson等通过宏基因组鸟枪法测序了北加州废弃黄铁矿一个酸性等通过宏基因组鸟枪法测序了北加州废弃黄铁矿一个酸性等通过宏基因组鸟枪法测序了北加州废弃黄铁矿一个酸性等通过宏基因组鸟枪法测序了北加州废弃黄铁矿一个酸性（pH4.0pH4.0）环境中微生物群落基因组的环境中微生物群落基因组的环境中微生物群落基因组的环境中微生物群落基因组的760760万个碱基（万个碱基（万个碱基（万个碱基（Nature,Nature,20042004），），），），在此环境基因组中发现了在此环境基因组中发现了在此环境基因组中发现了在此环境基因组中发现了2 2个近似完整的细菌和古细菌的个近似完整的细菌和古细菌的个近似完整的细菌和古细菌的个近似完整的细菌和古细菌的基因组以及其它微生物的部分基因组。基因组以及其它微生物的部分基因组。基因组以及其它微生物的部分基因组。基因组以及其它微生物的部分基因组。百慕大群岛附近海水微生物群落基因组的百慕大群岛附近海水微生物群落基因组的百慕大群岛附近海水微生物群落基因组的百慕大群岛附近海水微生物群落基因组的10.4510.45亿碱基，包含了亿碱基，包含了亿碱基，包含了亿碱基，包含了至少至少至少至少18001800细菌种类的基因组，细菌种类的基因组，细菌种类的基因组，细菌种类的基因组，148148个以前未报道过的细菌类型，并个以前未报道过的细菌类型，并个以前未报道过的细菌类型，并个以前未报道过的细菌类型，并鉴定了鉴定了鉴定了鉴定了120120万个未报道的基因（万个未报道的基因（万个未报道的基因（万个未报道的基因（ScienceScience，20042004）。）。）。）。通过宏基因组测序策略（通过宏基因组测序策略（通过宏基因组测序策略（通过宏基因组测序策略（metagenomicsmetagenomics sequencingstrategysequencingstrategy），），），），整合生物信息整合生物信息整合生物信息整合生物信息学理论与方法。学理论与方法。学理论与方法。学理论与方法。模拟原位生态条件的培养技术模拟原位生态条件的培养技术Isolating “Uncultivable” Microorganisms in Pure Culture in a Simulated Natural EnvironmentSCIENCE VOL 296 10 MAY 2002Accessing the uncultivated microbial majority through Accessing the uncultivated microbial majority through cultivation-based approachescultivation-based approaches主体为一个垫圈，两侧用主体为一个垫圈，两侧用0.22um的滤膜封的滤膜封住，允许环境中的化学物质通过，但不允住，允许环境中的化学物质通过，但不允许细胞通过。在鱼缸底部倒上一层海底沉许细胞通过。在鱼缸底部倒上一层海底沉积物，其上放置扩散室，加入天然海水至积物，其上放置扩散室，加入天然海水至刚好漫过扩散室，使海水不断循环。刚好漫过扩散室，使海水不断循环。