DGGE技术在土壤微生物群落研究中的应用

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1、黑龙江农业科学2010(7)：5～8HeilongjiangAgriculturalSciences◆生物技术◆DGGE技术在土壤微生物群落研究中的应用宋洋，李柱刚(黑龙江省农业科学院生物技术研究所／黑龙江省作物与家畜分子育种重点实验室，黑龙江哈尔滨150086)摘要：现代分子生物学的变性梯度凝胶电泳(DenaturingGradientGelElectrqphoresis，DGGE)技术是土壤微生物群落研究的有效工具，它直接分离土壤微生物的DNA片段，比传统的培养方法更具明显的优势，已成为研究土壤微生物的重要手段之一。对DGGE技术的

2、原理及其在土壤微生物群落研究中的应用情况、优点和局限性进行了介绍。、关键词：DGGE；土壤微生物；群落结构中图分类号：Q938．15文献标识码：A文章编号：1002—2767(201O)07—0005—04土壤中微生物群落结构对农业的健康、持续其在研究微生物多样性和种群差异上的优越性。发展具有重要作用。它们积极参与土壤物质转化此后，该技术被广泛应用于微生物分子生态学研过程，在土壤形成、肥力演变、植物养分有效化和究的各个领域，如复杂微生物群落结构演替规律、土壤结构形成与改良、有毒物质纯化及净化方面微生物种群动态、基因定位、表达调控的评价分

3、起着重要作用I_】]。由于土壤微生物的重要性，有析。而且DGGE可靠性强、重现性高、方便快捷，关土壤微生物的群落结构及多样性研究受到广泛目前已发展成为研究微生物群落结构的重要分子重视l2]。但研究结果表明，土壤微生物中可用常生物学手段[4]，同时也成为研究土壤微生物多规方法分离培养的微生物只占0．1～1．0[。样性及种群演替的重要方法之一。因此，传统的微生物培养及鉴定方法不足以反映1DGGE技术土壤环境中微生物的真实情况，需要现代分子生1．1基本原理物学技术进行补充，如变性梯度凝胶电泳DGGE技术在普通的聚丙烯酰胺凝胶基础(DGGE)、

4、温度梯度凝胶电泳(TGGE)、单链构象上，加入了变性剂(尿素和甲酰胺)梯度，根据其迁多态性分析(SSCP)等技术，这些技术可以根据微移行为决定于其分子大小和电荷的原理，能够把生物的DNA序列遗传多态性，揭示出其群落结同样长度但序列不同的DNA片段区分开来。构及其多态性。一个特定的DNA片段由其特有的序列组变性梯度凝胶电泳(denaturedgradientgel成，其序列组成决定了其解链区域(meltingdo—electrophoresis，DGGE)是2O世纪80年代初由main)和解链行为(meltingbehavior)[7-8

5、]。不同Lerman等发明用于医学上检测DNA片段中的双链DNA片段因为其序列组成不一样，所以点突变的一种电泳技术。Muyzer等[5在1993年其解链区域及各解链区域的变性剂浓度也是不一首次将其应用于微生物群落结构研究，并证明了样的。当它们进行DGGE时，一开始变性剂浓度比较小，不能使双链DNA片段最低的解链区域收稿日期：2010一O3—22基金项目：黑龙江省科技厅国际合作重点资助项目(WB解链，此时DNA片段的迁移行为和在一般的聚07A10)第一作者简介：宋洋(198卜)，女，黑龙江省哈尔滨市人。硕丙烯酰胺凝胶中一样。然而一旦DNA

6、片段迁移士，研究实习员，主要从事微生物菌群分析和分子育种研究。E—mail：achievement81@yahoocorn．cn。到一特定位置，其变性剂浓度刚好能使双链DNA通讯作者：李柱刚(1972一)，男，黑龙江省庆安县人，博士，研究员，从事植物分子育种研究。E-mail：lizhugang@163．com。片段最低的解链区域解链时，双链DNA片段最5◆生物技术◆黑龙江农业科学7期低的解链区域立即发生解链。部分解链的DNA程：(1)采集土壤样品；(2)土壤样品总DNA的提片段在胶中的迁移速率会急剧降低。因此，同样取与纯化；(3)纯化

7、的总DNA进行16SrDNAV3长度但序列不同的DNA片段会在胶中不同位置区巢式PCR扩增；(4)DGGE技术分离PCR产达到各自最低解链区域的变性剂浓度，因此它们物；(5)DGGE电泳条带的指纹图谱分析。会在胶中的不同位置发生部分解链导致迁移速率2DGGE技术在土壤微生物群落研究中大大下降，从而在胶中被区分开来。然而，一旦变的应用性剂浓度达到DNA片段最高的解链区域浓度土壤微生物是土壤环境中的重要组成部分，时，DNA片段会完全解链，成为单链DNA分子，其中的群落结构及其变化在一定程度上影响了土此时它们又能在胶中继续迁移。因此如果不同壤

8、的质量，所以对于土壤中微生物群落的研究，在DNA片段的序列差异发生在最高的解链区域时，土壤可持续利用及农业可持续发展方面起着重要这些片段就不能被区分开来。DNA片段分离过作用。由于土壤环境复杂，运用传统的平