宏转录组学在微生物生态学研究中的应用

1、中国农业科技导报,2011,13(4:5865Journal of Agricultural Science and Technology收稿日期:2011-03-10;接受日期:2011-04-14基金项目:国家973计划项目(2007CB109203;国家转基因生物新品种培育重大专项(2009ZX08003-003B ;2009ZX08009-057B ;2009ZX08016-002A 资助。作者简介:李晓晖,硕士研究生,研究方向为微生物基因资源。E-mail :lixiaohui0325hotmailcom 。通讯作者:陆伟,副研究员,主要从事微生物基因工程研究。E-mail :luw

2、ei0317vipsinacom 宏转录组学在微生物生态学研究中的应用李晓晖,李鑫鑫,张维,燕永亮,陈明,陆伟(中国农业科学院生物技术研究所,北京100081摘要:宏转录组学是一门在整体水平上研究某一特定环境、特定时期群体生物全基因组转录情况以及转录调控规律的学科。概述了新兴的宏转录组学在微生物生态学研究中的进展,并总结了其与微生物宏基因组学研究方法相比的优缺点。宏转录组学是一种新颖有效的方法,在微生物生态学,甚至在复杂微生物群落的生态学研究中都具有广阔的应用前景。关键词:宏转录组学;原理;特点;微生物生态doi :103969/jissn1008-086420110409中图分类号:Q789

3、文献标识码:A文章编号:1008-0864(201104-0058-08Application of Metatranscriptomics in Microbial EcologyLI Xiao-hui ,LI Xin-xin ,ZHANG Wei ,YAN Yong-liang ,CHEN Ming ,LU Wei(Biotechnology Research Institute ,Chinese Academy of Agricultural Sciences ,Beijing 100081,China Abstract :Metatranscriptomics is an area t

4、o study the gene transcriptional rules of certain organisms in specific environment and timeThis paper summarized the progress of metatranscriptomics on microbial ecology ,and compared its advantages and disadvantages with meta-genomicsMetatranscriptomics has a promising future as adirect and effici

5、ent method to study transcription and gene regulation in microbial ecology and with complex microbial communitiesKey words :metatranscriptomics ;principle ;characteristic ;microbial ecology自然界中微生物的多样性非常复杂1,绝大多数微生物不能通过传统纯培养的方法在培养皿上进行培养和分离。研究显示,只有1% 5%的微生物可以在实验室实现纯培养2。因此,在过去的300多年中,大多数微生物不能通过传统的、已经设计好

6、的实验方案进行研究。随着分子生态学方法的建立,科学家们对环境微生物的整体情况有了较深刻的了解。最初,研究人员采用基于16S /18S rRNA /rDNA 的变性梯度凝胶电泳(Denaturing gradient gel electrophoresis ,DGGE 和克隆文库的方法对反刍动物肠道微生物群落的变化情况进行监控3,随后荧光原位杂交(Fluores-cent in situ hybridization ,FISH 和限制性片段长度多态性(Restriction fragment length polymorphism ,RFLP 等技术的建立和应用,使人们对微生物群落有了更加深入的

7、了解4。20世纪兴起的宏基因组学(metagenomics 通过大规模的测序技术,能够直接得到某一环境条件下微生物群落的整体结构信息,这在很大程度上解决了大部分微生物因不能分离培养而难于研究的问题,避免了其他固有技术(如PCR 应用中易出现的实验偏差,同时也免去了一些费时耗力的实验步骤比如文库构建。但是,该技术仍无法对微生物群落结构及代谢、功能间的关系进行剖析和监测4,特别是无法明确微生物适应环境变化而做出的响应。宏转录组学(meta-transcriptomics 是在宏基因组学之后兴起的一门新学科,研究特定环境、特定时期群体细胞在某功能状态下转录的所有RNA (包括mRNA 和非编码RNA

8、 的类型及拷贝数。这种技术不但具有宏基因组技术的的全部优点,而且能将特定条件下的生物群落及其功能联系到一起,对群体整体进行各种相关功能的研究5。新一代测序方法的产生直接扩大了宏基因组研究的数量和范围,并且推动了宏转录组学的建立和发展。454焦磷酸测序法是新一代的测序技术,它能够对DNA或者cDNA直接进行测序,省去了克隆的步骤6,增加了测序产量,而且降低了每个测序碱基的成本。Leininger等7第一个使用454测序技术对一个复杂微生物群落的宏转录组进行研究发现与土壤中的其他细菌相比较,古菌胺氧化关键酶(amoA的转录本能够保持相当高的丰度,这体现了古菌在土壤胺氧化微生物中的数量优势。该转录组

9、学研究所获得的25 Mbp的序列由Urich等5做了进一步的分析。2008年,Friaz-Lopez等8通过该测序法获得了50Mbp的测序长度。第二代GS-FLX测序技术具有分析结果准确、快速、高灵敏度和高自动化的特点,在技术的成熟性和性能方面也均远远超越了第一代,用此技术Gilbert9获得了300Mb的序列数据。最近报道的454FLX Titanium平台,其测序的平均长度大约为400bp10,并且可以预测,未来其读取长度可以和那些传统测序技术相媲美。随着大规模测序工作的迅速开展,出现了各种生物信息学数据库,应用于大规模微生物的基因组序列分析。这些数据库之间联系密切,并借助于网络形成了复合

10、的、开放型的多功能数据库系统。这些新型数据库系统还整合了多种数据分析软件,为使用者提供了方便。另外,大量基因注释工作的完成极大丰富了数据的信息量。可以预见,当基因组测序及注释工作基本完成以后,积累的大量数据将使生物信息学在人类基因组研究中的重要性更加突出,为宏转录组和宏基因组技术的发展,提供有利的新途径。1宏转录组方法及基本原理宏转录组学研究方法通常含有五个步骤(图1,其中群体RNA的处理及数据的比较分析是较为关键的两步。由于RNA的稳定性要比DNA差的多,有些转录组样品的放置时间不能超过一分钟,因此必须采取一些有效的措施以防止RNA的降解,比如立即速冻或者放置于RNA储存液当中11,并尽快完

11、成反转录。另外,在一个细菌细胞的总RNA中,mRNA仅仅占1% 5%,这就需要在提取之后进行mRNA的富集12。虽然不经过富集的mRNA样品也能够通过焦磷酸测序进行群落结构的分析5,但如果主要的目的是研究群落的转录谱,如此的测序量便是一种浪费。现在已有可用于mRNA富集的商业化试剂盒。比如,使用Ambion的MICROBExpress试剂盒,其去除rRNA后的样品经反转录产生的cDNA中rRNA的数据比例20%11,或低于0.08%9。另一个重要的步骤是数据分析。数据库的发展是宏转录组分析的重要影响因素,常用的宏基因组、宏转录组和宏蛋白质组研究的数据库和软件列于表1 。图1宏转录组方法流程图F

12、ig1The protol of metatranscriptomics2特点和优势21测序量小,发现新基因的能力强在过去几十年中,大量的转录组测序已经完成,它们回答了药物学与生物学中许多关键性的问题,并且为解释某些抗冲击表型,比如抗紫外线、抗热击等相关基因的表达提供了有价值的依据13 15。这些转录组序列信息的获得大多数是应用DNA芯片技术来完成的。起初,这些研究仅限于单个纯培养的生物体,后来扩大到包含几种生物的小群落16 19。以DNA芯片为基础构建的表达谱能够包含一定量的信息,但是芯片的制作需要基因或全基因组序列有相应的注释19。这就降低了从环境中获得新的功能的蛋白的可能性。相比较之下,

13、宏转录组研究的样品可以包括954期李晓晖等:宏转录组学在微生物生态学研究中的应用表1用于宏基因组、转录组和宏蛋白组分析的常用数据库及分析平台Table1Selected resources available for metagenomics,metatranscriptomics and metaproteomics数据库名称Name of database应用领域Application网址Website高级微生物生态研究与分析赛百平台CAMERA 用于搜索微生物生态的群落、基因组数据和生物信息工具Serve the needs of the microbial ecology resear

14、ch community,and metagenomics data,distinctive data repository and a bioinformaticstools resourcehttp:/cameracalit2net肠道微生物基因组整合Integrated microbial ge-nomes with microbiome samples(IMG/M基于基因组序列对微生物群落基因组分析和标注的工具Provides tools for analyzing and annotating the functional capabilityof microbial communi

15、ties based on their metagenome sequencehttp:/imgjgidoegov/cgi-bin/m/maincgi人类口腔细菌数据库Human oralmicrobiome database 人类口腔中细菌和真核生物数据库Provide the scientific community with comprehensive information onbacterial and prokaryote species in the human oral cavityhttp:/wwwhomdorgSEED 用于细菌和古菌的基因组、转录组学基因标注等Make a

16、nnotations for bacterial and archaeal genomes freely availableand the access to the latest curated datahttp:/wwwtheseedorgMEGAN 系统发育网络和进化树,宏基因组分析,基因组序列分析和进化生态学Phylogenetic networks and trees,metagenome analysis and simula-tion,genome resequencing and analysis,evolution and ecologyhttp:/www-abinforma

17、-tikuni-tuebingende/software/megan/基因组功能自动分析Metagenomics RAST server 使用SEED序列片段注释,系统发育代谢分类和比较的工具Annotation of sequence fragments,their phylogenetic classification,metabolic reconstructions and comparison toolshttp:/metagenomicsnmpdrorg蛋白质拼接模型PFAM 蛋白质家族的多重序列拼接Collection of protein families using mult

18、iple sequence alignmentshttp:/pfamjaneliaorg/蛋白质功能进化分类Phylofacts 蛋白质结构和功能进化分类Structural phylogenomic encyclopedia for protein functional andstructural classificationhttp:/phylogenomicsberkeleyedu/phylo-facts/indexphp蛋白数据库Uniprot 蛋白质序列及功能信息Protein sequence and functional informationhttp:/wwwuniprotor

19、g/质谱技术鉴定蛋白质数据库Mascot 使用质谱技术鉴定蛋白质数据库搜索引擎Search engine that uses mass spectrometry data to identify proteinsfrom primary sequence databaseshttp:/wwwmatrix-sciencecom/homehtml许多种类的生物,而且得到的mRNA序列大多数是未知的,结果分析也不需要已知基因注释,因此宏转录组对于发现新种类的蛋白质具有非常大的潜力。与宏基因组相比,转录组需要的测序容量较小。在检测的灵敏度和定量的可靠性方面也比较好,这些特点尤其适合于研究低编码密度真核

20、生物基因组。22在一次实验中能够同时对群落结构和功能进行研究宏转录组的数据包括rRNA和mRNA,这样就可以对样品中微生物群落结构和原位功能进行解释。将其微生物群体复杂的群落分类与它们的功能相关联,可以利用这一特点有效地监控由环境引起的群落结构和功能的变化。比如,Urich 等5使用该方法首次得到了自然状态下群落活动的整体数据,实现了三个域的生物成员丰度的同步定量评估,同时,他们也检测到了丰富的mRNA,从mRNA中得到群落生理代谢的情况,并进一步分析了样品中各个群落组成成分的功能。3宏转录组学在微生物生态学研究中的应用情况31宏转录组在微生物群落结构和功能研究中的应用采用宏转录组学的方法研究

21、环境微生物的多06中国农业科技导报13卷样性及相关功能,可以发现大量的微生物资源,研究种群结构多样性及各种因素对其代谢的影响,解密复杂的微生物环境,如土壤、海洋等样品中信号分子的传递和基因调控机制,从而为探索微生物群落的生态功能奠定基础,表2归纳了部分微生物宏转录组的研究概况。表2宏转录组研究概况Table2Short summary of published metatranscriptomics studies研究对象Study object分析方法Analytical method研究结果Results参考文献References中性且贫瘠的土壤Soil with poor in nut

22、rients and neutral pH 序列通过MEGAN程序进行比较分析;mRNA序列利用SEED数据库进行分析Ribo-tags were analyzed withthe program MEGAN;mR-NA-tags to a global functionalanalysis using the SEED data-baserRNA通过实时定量的获得了丰富的不同营养水平土壤中三域微生物的群落结构信息,同时发现泉古菌对土壤氨氧化和CO2固定过程起重要作用Quantitative information about the relativeabundance of organism

23、s from all three domainsof life and from different trophic levels wasobtainedSoil Crenarchaeota was revealed pla-ying a important role in ammonia oxidation andCO2fixation5欧洲大陆从北到南12个不同土壤类型样品Twelve different soils from northern to southern Europe cDNA的高通量测序及数据库比较分析High-throughput sequencingof cDNA,an

24、d sequence datawere analysis by metablast泉古菌很可能是土壤生态系统中丰度最高的胺氧化生物群体Crenarchaeota may be the most abundant am-monia-oxidizing organisms in soil ecosystems onearth7太平洋表层海水微生物Microbial community of oli-gotrophic Pacific ocean 分析海水微生物cDNA库并与DNA库比较Microbial community cDNAswere analyzed bypyrosequenc-ing

25、and compared with micro-bial community genomicDNA sequences关键代谢途径相关的基因高表达包括:光合作用,固氮基因。宏转录组的研究结果与之前的宏基因组研究结果一致,并且有50%为新基因Key metabolic pathways involved in photosyn-thesis and nitrogen acquisitionGenes that de-tected by metatranscriptomes technique werehighly similar to metagenomic surveys,andmore th

26、at50%were unique8挪威岸边可控的海洋生态系统A controlled coastal ocean mesocosm of Norway 序列通过CD-HIT软件分析聚类,pORFs通过多种数据库比较加以注释Clustering analysis was usingthe CD-HITpackagepORFswere annotated by comparisonto the PFAM,TIGRfam,COG database微生物宏转录组学研究不仅可行,而且通过与宏基因组学数据的比较可以同时探索微生物群落结构与功能This study provides further evid

27、ence thatmetatranscriptomic studies of natural microbialcommunities are not only feasible,but whenpaired with metagenomic data sets,offer anunprecedented opportunity to explore bothstructure and function of microbial communities9酸性水域环境水气界面(营养贫瘠并且高金属离子浓度Extreme acidic environ-ment,high metal content

28、and oligotrophy 群体微生物总RNA经反转录成cDNA后与基因组芯片杂交After reverse transcription oftotal RNA then hybridize to agenomic microarray生物膜的形成和稳定有关和涉及混合酸发酵的基因上调Genes related to biofilm formation and mainte-nance and mixed acid fermentation up-regulatedin the filamentous biofilm are up-regulated20海洋Marine 宏转录组学Metat

29、ranscriptomes发现固氮功能的Cyanobacterium CrocosphaeraCyanobacterium Crocosphaera associated withnitrogen-fixing function21164期李晓晖等:宏转录组学在微生物生态学研究中的应用续表研究对象Study object分析方法Analytical method研究结果Results参考文献References夏威夷海面样品Surface water from Hawaiian Ocean cDNA库经RefSeq数据库比较分析后,蛋白编码基因再进行COG,KEGG和GOS数据库比对分析cDN

30、A library were blast a-gainst RefSeq database,mR-NA were analysis with COG,KEGG and GOS databases环境转录组直接测序结果,提供了应对太阳辐射微生物群落代谢和地球生化反应的详细信息Provided detailed information on metabolic andbiogeochemical responses of a microbial com-munity to solar forcing11铀污染的环境的沉积物Sediments contaminated by Uranium 宏转录组

31、学,和基因芯片Metatranscriptomes,genomic microarrays宏转录组学数据中1084个基因的转录水平提高,同时在Guraniireducens细胞中中有34个涉及铀的降解的基因上调There were1084genes that had higher tran-script levels during growth in uranium contami-nated sedimentsThirty four c-type cytochromegenes involved in Fe(IIIand U(VIreduc-tion were upregulated in

32、the sediment growncells of Guraniireducens22Urich等5在研究沙质土壤生态系统中微生物群落时,采用宏转录组的方法获得了21Mbp mRNA-tags,并用SEED数据库进行了全面的功能分析。将分别来自于相同土壤和不同农场的土壤的宏转录组与宏基因组数据相比较。由系统相对分布得知,两种土壤样品的宏基因组功能分析结果非常相似。宏基因组分析经常通过将编码蛋白质的基因与已测序的相关基因组比对进行群体分类,得到群落分类的概况23。这说明,土壤微生物群落的功能具有普遍相似性,因此以DNA为基础的土壤群落功能分析可能总是得到相似的结果。而宏转录组得到的rRNA和m

33、RNA数据却能够检测群落变化的过程。当把rRNA概况与包含mRNA-tags的分类学库用MEGAN比较,发现有5种主要细菌的种类发生了变化,并且蛋白质代谢(转录、翻译、蛋白质折叠和降解能全部展示出来,作为预测生物体活动的指标5,8。宏转录组和宏基因组之间更多的不同是:与宏基因组相比,宏转录组数据显示涉及单糖、寡糖、多糖和氨基糖有氧降解的蛋白质的转录水平降低,而与发酵、糖醇类和CO2固定相关的转录水平基本相同5。以Río Tinto(西班牙地区极端酸性水域的特点是营养贫瘠并且金属含量极高,以该水域中水气界面的微生物种群为研究对象进行研究,发现属于革兰氏阴性菌的钩端螺旋菌属、硫杆菌属和氧

34、化亚铁硫杆菌属非常丰富,这些微生物组成了嗜酸的纤维生物膜,该纤维生物膜生物中的上调基因与生物膜的形成和稳定有关,如涉及运动型和群体感应(mqsR,cheAY,fliA,motAB,细胞壁结构合成(lnt,murA,murB,特殊蛋白酶(clpX/clpP,应激反应分子伴侣(clpB,clpC, grpE-dnaKJ,groESL等的基因。另外,涉及混合酸发酵的基因(poxB,ackA在生物膜中也有上调。在这种pH18的水域当中,同时也有小分子有机酸醋酸盐和甲酸盐的存在(分别为1.36 mmol/L和006mmol/L。科学家们推测,醋酸在组成生物膜的变形菌纲,酸杆菌属(Acidobacte-r

35、ium spp和硫化杆菌属(Sulfobacillus spp菌中向Fe3+提供电子,发挥其相关的生态学作用。另外,醋酸可能对于化能无机营养细菌的生长有抑制作用,从而对生物浸矿产生消极影响。该研究结果通过比较纤维生物膜中生物在极酸环境下的生理差异,使这些极端微生物在工业生物浸出和环境应用领域发挥相应的生物学作用20。在2008年的一项关于土壤群落的宏转录组研究中,第一次提到了未能培养的泉古菌(Cren-archaeota的原位活动5。mRNA数据中古菌占17%,与rRNA数据中的比例是一致的。将超过80个mRNA-tags同源的序列在数据库中进行功能注释发现,除了典型古菌持家基因的转录产物之外

36、,还涉及到丰富的氨氧化序列。有13个mRNA 来自于代谢关键酶氨单氧化酶的转录产物(amoA 和amoC和来自于氨氧化还原酶(nirk的转录产物。这说明,作为氨氧化细菌,无论是在好氧条件26中国农业科技导报13卷4期 李晓晖等： 宏转录组学在微生物生态学研究中的应用 24 63 还是厌氧条件下， 都参与了氨的氧化过程 能量代谢方式 25 。这 3 3 其他 宏转录组学还可以用于特定复合基因的拼 7 ， 30 些发现再一次证明了氨氧化是土壤泉古菌的主要 。另外， 还检测到与 CO2 代谢相 关的乙酰 辅 酶 A / 丙 酰 辅 酶 A 羧 化 酶 mRNA 存 在。来自于甲基丙二酰辅酶 A 变位

37、酶 （ MCM ） 的 和来自于 4羟基丁酰辅酶 A 同源蛋白的 mRNA， 同源蛋白的 mRNA， 连同乙酰辅酶 A / 丙酰辅酶 A 羧化酶一起， 组成嗜热古菌和海洋古菌中特定的 CO2 固定途径 26 Leininger 等 接， 采用非目标的随机引物反转 tags 拼接出一个接近全长的 录的方法， 用 mRNAamoC 转录本。推导出的氨基酸序列包括了古菌 海绵共生体的海绵共生体 amoC 同源体 189 个氨 并且与海绵共生体 amoC 基酸中的 146 个（ 77% ） ， 同源体有 88% 的 一 致 性， 与 amoA 有 84% 的 一 致性 7 ， 30 。 这证明了土壤和

38、海洋中古菌 。 CO2 的固定途径是相似的。 这两组转录组数据很 好的解释了这个很少被研究的群体的化能无机自 养生活方式。 Poretsky27对贫瘠的北太平洋水域表面的浮 mRNA 数据表明， 游细菌种群进行了研究， 该群体 氧化磷酸化和 C1 的微生物白天进行光合作用、 化合物的合成代谢活动， 而夜间则进行细胞膜， 氨 基酸和维生素等生物合成活动。 Holmes 等 22 4 前景展望 如前所述， 宏转录组学能够广泛用于复杂群 落的研究， 像海洋浮游植物、 地表水和土壤微生物 群落等 5 ， 8， 9 。 随着新一代测序技术的发展以及 基因注释的进一步丰富， 宏转录组应用于微生物 生态学研

39、究的前景将更加广阔。 4 1 对生态系统功能的研究 在生态系统研究中使用宏转录组学技术， 能 够对实验设计条件下基因表达的变化情况直接进 行分析。尤其对于那些活性未知的生物群落的转 录组学数据， 从中能够获得一些知之甚少的微生 物生态学信息。有的生态或者生物化学范围内的 例 重要基因可能不存在于高丰度的转录群体中 ， 与中心代谢和蛋白质合成相关的基因的转录 如， 情况相比， 环境中高含量化合物对于细菌转运表 达基因的转录影响并不明显 8 在 2009 年对铀污染环境中沉积物的宏转录组进行 检测， 并 与 没 有 污 染 的 样 品 进 行 比 较， 发现有 1 084 个基因的转录水平提高，

40、同时在 G uraniireducens 细胞中有 34 个涉及铀降解的基 因 上 调。 对该结果进行进一步分析， 将来可以应用于对污 染的环境的检测。 Shi 等 28 用宏转录组技术对海洋样品中 small RNA 的 研 究 中 发 现，psRNA （ putative sRNAs） 分布于基因组中基因之间的区域， 其二级 结构非常保守。 由于位于基因的两侧， 推测这些 psRNA 可能与基因的功能调节有关。 随深度而 变化的 psRNA 能够反映分布广泛的群落分类情 况； 而联系紧密的群体的生态环境适应性 ， 可以通 过更精确的 psRNA 差异来证明。 3 2 宏转录组学能够发现新的

41、基因 2009 年， Gilbert29应用宏转录组技术从海洋 中获得总 mRNA， 并分析了其中复杂的环境转录 组信息， 对沿海生态系统中 28 个 phnA 基因的同 源物质进行研究， 结果显示 3% 的海洋细菌携带 发现了 有 phnA 基 因。 同 时 在 fosmid 文 库 中， phnA 同源物的存在。 含有该同源物的微生物包 括不能培养的用于氨氧化和碳固定的 Crenarcheota， 以 及 海 洋 中 有 固 氮 功 能 的 Cyanobacterium Crocosphaera watsonii。 。 因此， 研究细胞 核糖体蛋白、 DNA 复制相关酶的 的大量代谢 生态

42、信号的鉴定可以采用宏转录组进行深入测 mRNA 序列的覆 序。另外， 随着测序技术的进步， 盖信息会进一步扩大， 同时借助于基因芯片进行 宏转录组的数据比较， 通过基因的线性表达情况 鉴定和研究复杂微生物群落的基因调节活动 。 4 2 宏转录组学在特殊环境微生物研究中的 应用 环境微生物在地球化学循环及一些特殊环境 的形成中起着重要的作用， 利用宏转录组技术， 对 那些仍然未知但是可能起着关键作用的基因进行 研究， 与特殊功能微生物群落结构联系到一起 ， 便 能深入理解其生物学本质。 已知的宏基因组学研究公布了含有大量功能 64 中国农业科技导报 13 卷 未知的基因， 这些功能基因在某些极端

43、环境条件 下可能发挥很大的作用， 如果将宏转录组学应用 于这些领域， 比如被污染地区， 通过该地区样品的 宏转录组学研究， 观察治理过程中总 mRNA 的变 从中不仅可以获取微生物群体的转录情 化情况， 况， 还能得到功能蛋白的转录序列， 对相应的酶进 行研究， 通过对酶原进行有结构的改造， 能够得到 具有强大降解污染物能力的酶。 今后， 宏转录组 学和宏基因组学的研究将会越来越紧密 。宏基因 组学和宏转录组学分别在不同水平上对样品中微 结构和功能等进行详细的描述， 再与 生物的组成、 代谢动力学和数学等各学科进行综合， 便能够对 特定环境的变化情况进行预测， 形成有力的动态 预测系统。 4

44、3 宏转录组学在微生物互作研究中的应用 5 Urich T，Lanzén A，Qi J，et al Simultaneous assessment of soil microbial community structure and function through analysis of the metatranscriptomeJ PLoS One，2008 ， 3 （ 6 ） ： e2527 6 Medini D，Seeruto D，Parehill J，et al Microbiology in the postgenomic era J Nat Rev Microbiol ，

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50、ria in stool specimens of patients with diarrheaJ J Microbiol Methods， 2008 ， 75 （ 3 ） ： 566 571 17 Parro V，MorenoPaz M，GonzalezToril E Analysis of environmental transcriptomes by DNA microarraysJ Environ Microbiol ， 2007 ， 9 （ 2 ） ： 453 464 18 Bulow S E，Francis C A， Jackson G A， et al Sediment deni

51、trifier community composition and nirS gene expression investigated with functional gene microarrays J Environ Microbiol ， 2008 ， 10 （ 11 ） ： 3057 3069 19 Darby A C， Hall N Fast forward genetics J Nat Biotechnol ， 2008 ， 26 （ 11 ） ： 1248 1249 20 MorenoPaz M，Gómez M J，Arcas A，et al Environmental

52、 transcriptome analysis reveals physiological differences between biofilm and planktonic modes of life of the iron oxidizing bacteria Leptospirillum spp in their natural microbial communit Analysis of microbial gene transcripts in environmental samplesJ Appl 宏转录组学为不同种类微生物之间的相作提 供了更多的机会。结合已知的研究微生物相互作

53、 用的方法， 相应的相互作用可以得到更加完整而 全面的阐述。一般发挥生物效应的主体都是蛋白 质， 而利用宏转录组技术可以发现 mRNA 或sRNA 对应的功能蛋白质并展开研究。 例如， 在现代化 的工业生产环境中， 可以采用生物技术处理废水。 运用宏转录组学技术可以研究外来微生物和原有 微生物相互作用的机制， 从而使生物互作得到充 分的利用。 综上所述， 宏转录组学能够直接揭示复杂条 件下微生物的生物本质。虽然已报道的宏转录组 学研究还为数不多， 但是它的重要性已经充分体 现出来。在得到总 RNA 后， 如何进行数据分析、 功能注释以及与生态学作用相关联， 将是研究的 下一个热点。 参 考 文

54、 献 1 Amann R P The cycle of the seminiferous epithelium in humans： a need to revisit J ？ J Androl ， 2008 ， 29 （ 5 ） ： 469 487 2 Pace N R A molecular view of microbial diversity and the biosphere J Science， 1997 ， 276 （ 5313 ） ： 734 740 3 Deng W，Xi D，Mao H，et al The use of molecular techniques based

55、on ribosomal RNA and DNA for rumen microbial ecosystem studies： a reviewJ Mol Biol Rep ，2008 ， 35 （ 2 ） ： 265 274 4 Tringe S G，Hugenholtz P A renaissance for the pioneering 16S rRNA gene J Curr Opin Microbiol ，2008 ， 11 （ 5 ） ： 442 446 4期 李晓晖等： 宏转录组学在微生物生态学研究中的应用 65 J BMC Genomics， 2010 ， 11 ： 404 2

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