本文關(guān)鍵詞：生物技術(shù)通報，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

篇一：生物技術(shù)通報

生物技術(shù)通報

·技術(shù)與方法· BIOTECHNOLOGY BULLETIN2006 年第 4 期

收稿日期: 2006-03-30

基金項目: 國家自然科學(xué)基金資助( 50508014)

作者簡介: 徐曉宇( 1978-) 女, 助理館員, 主要從事科學(xué)研究熱點情報追蹤工作 E-mail: iist@sytu.edu.cn 電話: 0510-85888050

環(huán)境微生物基因組技術(shù)研究進展

徐曉宇

1

劉和

2

(

1

江南大學(xué)圖書館, 無錫 214036;

2

江南大學(xué)生物工程學(xué)院, 無錫 214036)

摘 要: 環(huán)境微生物基因組學(xué)是基于功能和序列的基礎(chǔ)上對得到的環(huán)境樣品基因組進行分析的科學(xué), 是目前國際生

物技術(shù)研究開發(fā)的最新熱點之一。對環(huán)境微生物基因組技術(shù)的概念、研究策略和篩選方式進行了介紹, 并對該技術(shù)存在的

問題和未來發(fā)展方向做了展望。

關(guān)鍵詞: 環(huán)境微生物基因組 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 環(huán)境微生物基因組

環(huán)境微生物基因組又稱宏基因組, 是由 Han-

dels-man 等人 1998 年提出的, 即生境中全部微小

生物遺傳物質(zhì)的總和, 主要是指環(huán)境樣品中的細菌

和真菌的基因組總和

[1]

。環(huán)境微生物基因組技術(shù)是

基于功能和序列的基礎(chǔ)上對所得到的環(huán)境樣品基

因組進行分析的技術(shù)。自然界 99%以上的微生物是

不可培養(yǎng)的

[1, 2]

, 人們對這部分微生物的生態(tài)、遺傳

以及代謝性能了解很少。環(huán)境微生物基因組技術(shù)是

在 PCR 技術(shù)和對自然環(huán)境 基因中的相似性基因

( 如 16SrRNA,nif、recA) 的克隆技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展

起來的, 是一種可以不需要獲得實驗室純培養(yǎng)物而

對自然界的樣品的生物多樣性進行分析的強有力

手段。環(huán)境微生物基因組技術(shù)的研究用途十分廣

泛, 可以用于篩選新的功能基因、在微生物分類學(xué)

和微生物生態(tài)學(xué)以及改進微生物培養(yǎng)基和培養(yǎng)技

術(shù)等方面具有重要的科學(xué)意義。由于環(huán)境微生物

基因組技術(shù)建立在不需要對環(huán)境微生物進行培養(yǎng)

的基礎(chǔ)上, 因此避開了微生物分離培養(yǎng)的問題, 極

大地擴展了微生物資源的利用空間, 其在挖掘和利

用那些未能培養(yǎng)微生物的基因資源方面顯示了強

的大能力, 為最大限度的獲取微生物資源并為人類

服務(wù)帶來了前所未有的機遇, 已經(jīng)成為國際生命科

學(xué)技術(shù)研究和開發(fā)最重要的熱點之一。

2 環(huán)境微生物基因組技術(shù)的研究策略

環(huán)境微生物基因組技術(shù)研究的通常的步驟是:

環(huán)境樣品 DNA 的提取、將 DNA 克隆到合適的載體

中、將載體轉(zhuǎn)化到宿主細胞建立環(huán)境微生物基因組

文庫以及對環(huán)境微生物基因組文庫的分析。直接從

環(huán)境中克隆 DNA 的構(gòu)想最初是由 Pace 提出來的

[4]

, 隨即由 Schmidt 等人加以實施

[5]

。DeLong 等人的

研究將海水樣品改為土壤樣品

[6]

。DNA 提取和純化

后需要采用合適的載體和宿主構(gòu)建 DNA 文庫, 以

往插入小片段 ( <10kb) 做載體并導(dǎo)入 Escherichia2006 年第 4 期

coli 的方法

[7]

不適合檢測大的基因簇和操縱子。為

了解決這個問題, 研究人員構(gòu)建了含有較大插入片

段的 DNA 文庫。例如 cosmid DNA 文庫( 通常采用

pWE15 載體) , 插入片段為 25~35kb

[8]

, 細菌人造染

色體( BAC) 文庫, 插入片段為 200kb

[9, 10]

。已經(jīng)有人

報

道采用 40kb 的外源基因構(gòu)建了 fosmid 文庫

[11]

。

研究中通常采用 E.coli 作為環(huán)境微生物基因組克

隆 基 因 表 達 的 宿 主 菌 , 近 來 有 少 數(shù) 采 用 Strepto-

myces lividans 作為宿主菌

[12]

。有一些實驗室采用新

的革蘭氏陰性細菌作為表達的宿主菌以提高表達

的效率。

3 環(huán)境微生物基因組文庫的篩選策略

對環(huán)境微生物基因組文庫進行篩選分析有三

種策略: 以功能為基礎(chǔ)的篩選、以序列為基礎(chǔ)的篩

選以及最近提出的底物誘導(dǎo)基因表達篩選。

3.1 以功能為基礎(chǔ)的篩選

以功能為基礎(chǔ)的篩選最初是從文庫中篩選出

能夠表達某種特性的克隆, 此后用于分子生物學(xué)和

生物化學(xué)分析。這些鑒別克隆的方法在新藥的發(fā)現(xiàn)

上有潛在的應(yīng)用價值。所獲取的有活性的蛋白質(zhì)在

工業(yè)和農(nóng)業(yè)上也具有一定的用途。采取這種方法可

以從環(huán)境微生物基因組文庫中迅速找到具有工業(yè)

應(yīng)用前景的克隆。此外, 它也能用于檢測編碼已知

生物活性物質(zhì)的 DNA 序列。目前, 運用以功能為基

礎(chǔ)的篩選策略, 已經(jīng)成功獲得抗生素基因

[12~16]

, 抗

生素抗性基因

[17~19]

, 淀粉酶

[20, 21]

, 木聚糖酶

[22]

, 乙醇

氧化還原酶

[23]

果膠酸酯、裂解酶

[24]

等等。

3.2 以序列為基礎(chǔ)的篩選

以序列為基礎(chǔ)的篩選方法不需要在不同的宿

主中表達所克隆的基因。通常是基于已知的基因序

列對文庫中的靶標(biāo)序列例如 16SrRNA 或 recA 基因

進行分析

[25]

。最初也是最有名的以序列為基礎(chǔ)的分

析的例子是 Craig Venter 在采用序列分析的方法分

析馬尾藻海域的微生物, 鑒定出大量的新基因

[26]

。

歐洲實驗室運用同樣的方法對系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系復(fù)雜

的生物膜進行全部或部分的序列分析。Tyson 等人

對一個嗜酸的生物膜進行全序列分析, 試驗結(jié)果證

明其中生物多樣性較低

[27]

。上述兩個發(fā)現(xiàn)成為 2004

年最重要的 10 大科學(xué)突破之一。

3.3 底物誘導(dǎo)基因表達篩選(SIGEX)

Kazuya Watanabe 和他的同事們提出了底物誘

導(dǎo)基因表達篩選策略, 利用 SIGEX 篩選方法對包含

152 000 個克隆的環(huán)境微生物基因組文庫進行分

析, 用苯甲酸鹽誘導(dǎo)分離出 33 個克隆, 采用萘作為

底物誘導(dǎo)得到兩個克隆

[28]

.

SIGEX 策略是基于代謝基因的表達而設(shè)計的,

由一定的調(diào)控機制控制的代謝底物或者代謝酶的

誘導(dǎo)。SIGEX 檢測底物存在時表達而底物不存在時

就不表達的代謝基因。整個過程如圖 1 所示, 為了

提高 SIGEX 的產(chǎn)率, 構(gòu)建出一個 p18GFP 載體, 克

隆位點將 lac 啟動子和 gfp 結(jié)構(gòu)基因分開( 步驟 1) 。

采用 p18GFP 載體構(gòu)建環(huán)境微生物基因組文庫, 運

用 IPTG, 分離自行連接和連接有外源基因的克隆

( 步驟 2) , 在底物存在的條件下表達環(huán)境微生物基

因組 DNA 中由 gfp 基因編碼的分解代謝特性( 步驟

3) , 從瓊脂平板上分離陽性克隆并鑒定( 步驟 4) 有

熒光活性的細胞。在篩選過程中, 熒光激活細胞揀

選法( Fluorescence-activated cell sorting FACS)被用

于檢測分離。

3.4 三種篩選方式比較

環(huán)境微生物基因組學(xué)的三種篩選方法均有其

優(yōu)缺點。以功能為基礎(chǔ)的篩選能夠獲取所需的全部

基因或基因簇, 缺陷是它要求在宿主細胞中表達所

想要的功能和要求了解表達該功能的基因。它同樣

需要建立和廣大的文庫使人們便利和有效地篩選

對含有人們感興趣的特性的克隆。因為獲取所需的

克隆數(shù)量很少, 為了克服這些困難, 人們使用了很

多手段, 近來人們采用穿梭載體在不同的宿主中用

以表達環(huán)境微生物基因組 DNA, 并對 Escherichia.

coli 進行修改使以提高其表達范圍。

雖然編碼次級代謝產(chǎn)物的基因的 DNA 片段通

常成簇分布, 但是仍然很難獲取超過 100 個基因的

DNA 片段的合成抗生素基因。研究中需要在大量

的環(huán)境微生物基因組文庫中篩選出所需的極少的

克隆。

為了克服這個困難, 研究人員設(shè)計出能夠在大

量的樣品中進行檢測的高靈敏的自動檢測系統(tǒng)。通

常采用在特別的培養(yǎng)基 ( 例如加入抗生素的培養(yǎng)

基) 中培養(yǎng), 篩選出一個便于選擇的特性, 這樣使得

從大量克隆中進行篩選更為便利。基于序列為基礎(chǔ)

徐曉宇等: 環(huán)境微生物基因組技術(shù)研究進展 55生物技術(shù)通報 Biotechnology Bulletin 2006 年第 4 期

底物誘

導(dǎo)啟動子

的篩選能夠克服不等同表達的特點, 以往采用鳥槍

法測序獲得大量的數(shù)據(jù), 但是鳥槍法測序資金昂貴

且勞動強度極大, 特別是在尋找表達某種特性基因

的時候。此外, 由于在鳥槍法測序分析中所得到的

數(shù)據(jù)是根據(jù)構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫進行相似性研究的, 不免

有它的局限性。近來發(fā)展出生物芯片的方法基于序

列為基礎(chǔ)的對生物種群序列進行分析。生物芯片的

方法是一種能夠迅速識別和鑒定大量的克隆的有

效的手段, 它的缺陷是得到的序列不能被運用于生

物化學(xué)反應(yīng), 但它不需要獲取目標(biāo)產(chǎn)物的全部基因

或者基因簇。在環(huán)境微生物基因組學(xué)研究中, 這種

檢測策略被成功的運用于獲取幾種新的具有廣泛

工業(yè)應(yīng)用前景的酶。

表 1 幾種環(huán)境微生物基因組文庫篩選方法的比較

圖 1 SIGEX 過程圖的原理圖

562006 年第 4 期

基于功能的篩選和基于序列的篩選均可運用于

分離環(huán)境微生物基因組中的新型化合物, 但是每種

方法在研究中工作量都極大, 因為獲取具有目的特

性的克隆數(shù)量太少, 為了克服這個困難, 人們采用了

一些改進的手段。例如, 人們除了利用 E.coli 表達之

外 還 采 用 了 Streptomyces lividans 或 Pseudomonas

putida 作為宿主進行表達以解決次級代謝產(chǎn)物不等

篇二：生物技術(shù)通報格式

《生物技術(shù)通報》原創(chuàng)性研究論文寫作模板

（黑體小二號居中）

【說明：題目要簡短、醒目、準(zhǔn)確反映主題、一般不超過20個字，盡量不用動賓結(jié)構(gòu)，用名詞

性短語】 作者1□□作者2□□作者1,2

（四號楷體，居中，之間不加逗號，加兩個空格）

（1.單位名稱，城市□郵編；2.單位名稱，城市□郵編）

（小五號宋體，居中，以分號隔開）

□□摘□□要（小五號黑體，空兩格）：【目的】30-50字，□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□�！痉椒ā�30-50字□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□�！窘Y(jié)果】核心部分，約150字□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□�！窘Y(jié)論】不能忽略，約50字□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□。（內(nèi)容為小五號宋體）

【說明：要使用科學(xué)性文字和具體數(shù)據(jù)，不使用文學(xué)性修飾詞；不使用圖、表、參考文獻、復(fù)雜的公式和復(fù)雜的化學(xué)式，不使用非公知公用的符號或術(shù)語；不要加自我評價，如“該研究對?有廣闊的應(yīng)用前景”，“目前尚未見報道”等。摘要能否準(zhǔn)確、具體、完整地概括原文的創(chuàng)新之處，將直接決定論文是否被收錄、閱讀和引用。摘要一律采用第三人稱表述，不使用“我們”、“本文”、“文章”、“作者”、“本研究”等作為主語�！�

□□關(guān)鍵詞（小五號黑體，空兩格）：關(guān)鍵詞；關(guān)鍵詞；關(guān)鍵詞（小五號宋體，之間加分號）

【說明：中文關(guān)鍵詞盡量不用英文或西文符號。不要使用過于寬泛、籠統(tǒng)的詞作關(guān)鍵詞， 如基因、表達，克隆，進展等，這樣將失去檢索的作用】

Biotechnology Bulletin

（Times New Roman，小二，加粗，居中，實詞首字母均大寫，其余小寫，特定除外）

Li Nan Di Yanhong Ma Xin

（Times New Roman，小四，居中，之間不加逗號，加兩個空格）

（Department, University, City, Zip Code, Institute, Beijing 100081)

（Times New Roman，小五，除括號、編號、逗號、分號和郵編正體外，其余斜體） 收稿日期：

基金項目：項目名稱（編號）（基金項目必須要有編號，多個項目之間同逗號隔開）

作者簡介：姓名，性別，學(xué)歷，研究方向：XXX; E-mial:

通訊作者：姓名，性別，學(xué)歷，研究方向：XXX; E-mial:

□□Abstract（小五號，Times New Roman體，加粗，空兩格）: [Objective] □□□□□□□□□□

□□□□□□□□≈15%, [Methods] □□□□□□□□□□□□□□□□□□ ≈15%, [Results] □□□□

□□□□□□□□□□□□□□≈55%, [Conclusion] □□□□□□□□□□□□□□□□□□ ≈15%（內(nèi)

容小五號Times New Roman體）

【說明： 英文摘要不能只是對中文摘要的簡單翻譯，要詳細、準(zhǔn)確、完整，通過英文摘要就可以反映全文

概要。摘要應(yīng)回答好以下4方面問題：1) What you want to do(直接寫出研究目的)；2) How you did it(詳

細陳述過程和方法)；3) What results did you get and what conclusions can you draw(全面羅列結(jié)果和結(jié)

論)；4) What is original in your paper(通過2)和3)兩方面內(nèi)容展示文中創(chuàng)新之處)】。

1) 用過去時態(tài)敘述作者工作，用現(xiàn)在時態(tài)敘述作者結(jié)論；

2) 文摘中的縮寫名稱在第一次出現(xiàn)時要有全稱；

3) 文摘中盡量少用特殊字符；

4) 能用名詞做定語不要用動名詞做定語，例如：用measurement accuracy，不用measuring accuracy

5) 可直接用名詞或名詞短語做定語的情況下，要少用of句型，例如：用measurement accur不用accuracy

of measurement

□□Key words（小五號，Times New Roman，加粗）: Key words; Key words; Key words（小五號，Times

New Roman，之間加分號）

正文結(jié)構(gòu)：0引言；1 材料與方法；2 結(jié)果；3 討論；4 結(jié)論 （正文單倍行距， 單

欄排）

0引言（該標(biāo)題不列出，五號宋體）

【說明：引言作為論文的開端，主要回答“為什么研究”這個問題。它介紹論文的背景、相關(guān)

領(lǐng)域的前人研究歷史與現(xiàn)狀，本文的切入點，擬解決的問題。包括作者的研究意圖與分析依據(jù)，

研究范圍和理論、技術(shù)方案的選取等。引言中不需詳述已經(jīng)熟知的，包括教科書上已有陳述的

基本理論、實驗方法和基本方程的推導(dǎo)。縮寫名稱在第一次出現(xiàn)時要有全稱�！�

1 材料與方法（小四號黑體，頂格，序號和標(biāo)題文字間空半格）

1.1 材料（五號楷體，頂格，序號和標(biāo)題文字間空半格）

1.2方法

1.2.1 三級標(biāo)題（五號宋體，頂格，序號和標(biāo)題文字間空半格，標(biāo)題與正文間空半格）

1.2.2三級標(biāo)題

2 結(jié)果

結(jié)果僅為試驗的結(jié)果，不作分析，不出現(xiàn)涉及參考文獻的內(nèi)容。

【說明：圖表題黑體、小五號字。表格一律用三線表。圖中文字一律用6號字。中文用宋體，英文、數(shù)字用Times

New Roman。雙欄圖寬不超過7.5cm；通欄圖寬不超過15.0cm；照片圖需提供清晰照片。圖按照在正文中出現(xiàn)

的先后順序依次編號；隨文排圖、表；圖設(shè)圖序、圖題、圖注；圖題置于圖形的下方，圖注置于圖題的上方�！�

常用符號書寫格式

3 討論

討論應(yīng)充分，結(jié)合其它文獻進行比較，深入分析討論，闡述及分析在實驗中遇到的問題，，

合理解釋，以及對未來研究內(nèi)容的展望等【說明：盡量引用近5年的參考文獻】。

4 結(jié)論

高度簡明、扼要，且條理清晰地概括本研究的主要結(jié)果，做了什么得到什么即可，不需要

有評述性語言【說明：結(jié)論中不出現(xiàn)參考文獻序號、圖表及數(shù)學(xué)公式】。

參考文獻（宋體，Times New Roman，小六）

（1）參考文獻在正文中按出現(xiàn)的先后順序編號，文后的編號及順序與正文中一致。

(2) 參考文獻的作者少于3人（含3人）時全部列出，多于3人時只寫前3人，后加“等”

或“et al”。

(3) 人名格式：姓（全稱）＋名（首字母），不用縮寫符號“.”。

(4) 注意被引的期刊要標(biāo)出：年，卷（期）：頁碼。

(5）引用期刊的名稱（每個詞的首字母大寫，正體）如果用縮寫，不要用縮寫符號“.”。

(6) 逗號、冒號、句號等符號均用半角。

各類型參考文獻格式范例

（1）期刊——作者.題名[J ].刊名,出版年,卷(期):起-止頁碼.

[例] 劉洋,左山,鄒媛媛,等.雜交玉米農(nóng)大108及其親本種子內(nèi)生細菌群落多樣性的研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),

2011, 44(23): 4763-4771.

[例] 易欣, 周頌東, 何興金. 野生通江百合高頻率再生植株的研究[J]. 四川大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版,

2013,1:55-60.

[例] Liu Y, Zuo S, Zou Y, et al. Investigation on diversity and population succession dynamics of endophytic

bacteria from seeds of maize (Zea mays L., Nongda108) at different growth stages [J]. Annals of Microbiology, 2013,

63: 71-79.

（2）專著——作者.書名[M].版本(第一版可略).出版地:出版商,出版年.

[例] 方中達. 植病研究方法[M].第3版.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社, 1998.

[例] 中國科學(xué)院土壤研究所微生物室. 土壤微生物研究方法[M]. 北京：科學(xué)出版社，1985.

[例] 薩姆布魯克 J, 拉塞爾 DW. 分子克隆實驗指南[M]. 第3版. 黃培堂, 譯. 北京: 科學(xué)出版社, 2008.

[例] Montgomery DC. Design and analysis of experiments [M]. 3rd ed. New York: John Wiley Sons, 1991.

（3）專著中的析出文獻——析出文獻作者.析出文獻題名[M]∥專著作者.專著題名.版本.出

版地:出版商,出版年:析出文獻的頁碼.

[例] 白書農(nóng). 植物開花研究[M]//李承森.植物科學(xué)進展. 北京: 高等教育出版社, 1998:146-163.

[例] Martin G. Control of electronic resource in Australia [M]// Pattle LW, Cox BJ. Electronic resource: Selection

and bibliographic control. New York: The Haworth Press, 1996:85-96.

（4）專利文獻——專利申請者.專利題名:專利國別,專利號[P].公告日期或公開日期.

[例] 姜錫洲.一種溫?zé)嵬夥笏幹苽浞桨? 中國, 88105607.3[P].1989-07-26.

（5）學(xué)位論文——作者, 論文題名[D]. 學(xué)校城市名稱: 學(xué)校名稱, 發(fā)表時間.

[例]余艷. 南方紅豆杉新內(nèi)生真菌Bionectria sp.的分離、鑒定及代謝物活性分析[D]. 重慶:西南大學(xué), 2007.

(6) 會議論文

[例] 辛希孟.信息技術(shù)與信息服務(wù)國際服務(wù)國際研究討會論文集:A集[C]. 北京:中國社會科學(xué)出版社, 1994.

參考文獻類型標(biāo)識

篇三：中文核心期刊生物工程方向影響因子排序

附件: 中文核心期刊生物工程方向影響因子排序

2013中文核心期刊目錄

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