群落分析中的16SrRNA及其基因16SrDNA优化扩增

Min-ireview��综述微生物学报ActaMicrobiologicaSinica50(1):7-14;4January2010ISSN0001-6209;CN11-1995/Qhttp://journals.im.ac.cn/actamicrocn基金项目:国家�973项目�(2007CB109203)*通信作者。Te:l+86-10-62815921;Fax:+86-10-62812642;E-mai:ljzhang@ippcaas.cn作者简介:周琳(1981-),女,河北秦皇岛人,博士研究生,主要从事转基因生物生态安全性研究。E-mai:lzl382@yahoo.com.cn收稿日期:2009-07-09;修回日期:2009-09-17群落分析中的16SrRNA及其基因16SrDNA优化扩增周琳,张杰*(中国农业科学院植物保护研究所,植物病虫害生物学国家重点实验室,北京�100193)摘要:本文较为完整地综述了16SrRNA在细胞中的地位和作用、转录组成、其全长基因中可变区与保守区的位置、在不同种类中的拷贝数、二级结构,及其在群落研究过程中PCR扩增产生的16SrRNA的异常序列与解决方法;以期为更多的科研工作者提供可靠参考和借鉴,提高以16SrRNA为靶分子的群落研究结果的准确性和真实性。关键词:16SrRNA;可变区;保守区;异常序列中图分类号:Q938��文献标识码:A��文章编号:0001-6209(2010)01-0007-08��随着分子生物学和分子生态学的迅速发展,使得人们对自然界的研究不再依赖于传统的培养方法,大量新方法和新技术的产生和广泛应用,也使人们对自然界的理解和认识也达到了前所未有的广度和深度。其中,以16SrRNA为靶分子进行细菌的系统进化研究[1]和各种环境内的微生物群落结构组成研究,包括污水处理系统[2],沼气发酵池[3-4],植物根部土壤[5],口腔[6],肠道[7]等也得以迅速发展和深入。虽然,16SrRNA在此类研究中起着极为重要的核心作用,但目前为止,未见有关16SrRNA全面信息以及其在进行群落分析时在最初的PCR扩增中容易产生的问题及解决措施的相关报道。本文将有关16SrRNA的基础知识以及在16SrRNA全长基因的扩增中产生的问题和解决措施进行了总结,以期为群落研究者提供科学的参考,以便于进一步提高实验结果的准确性和真实性。1�16SrRNA和16SrDNA1�1�16SrRNA在细胞内的地位和作用核糖体是蛋白质合成的场所,是极其重要的细胞器之一。在原核生物中,核糖体由沉降系数为50S的大亚基和沉降系数为30S的小亚基组成,其中的50S大亚基由5SrRNA和23SrRNA与34种不同的蛋白质组成;而16SrRNA也作为核糖体的重要组成成分,与另外21种蛋白质组成30S的核糖体小亚基[8]。1�2�16SrRNA与16SrDNA的关系16SrDNA指的是基因组中编码核糖体16SrRNA分子的对应的DNA序列,也就是16SrRNA的编码基因;16SrRNA指的是16SrDNA的转录产物。如前所述,16SrRNA是核糖体中的一个重要组成部分。一般进行系统进化分析或是对某特定环境进行细菌群落结构分析时,所分析的对象都是16SrDNA,因为DNA提取容易,也比较稳定,但人们从习惯上还是往往以16SrRNA来进行描述。在基因组上,16SrRNA基因与5SrRNA和23SrRNA的各自编码基因组成一个转录单元,共同转录。16SrRNA与23SrRNA之间为间隔tRNA,5SrRNA后面为收尾tRNA(图1)[8]。LinZhoueta.l/ActaMicrobiologicaSinica(2010)50(1)图1�16SrRNA与5SrRNA和23SrRNA存在于同一转录单元Fig.1�16SrRNA,5SrRNAand23SrRNAconsistofthesametranscriptionunit.1�3�16SrRNA的可变区与保守区1�3�1�16SrRNA可变区与保守区的分布:16SrRNA全长基因为1542bp,由9个可变区和10个保守区组成,其中保守区反映了生物物种间的亲缘关系,而可变区则表明物种间的差异。Ashelford等采用Pintail软件对RDP数据库中的4383个细菌16SrRNA的序列进行比对分析,得到了一级结构中的16SrRNA全长基因中9个可变区与10个保守区的分布示意图[9]。Chakravorty等人也通过对110种细菌包括常见的血源性病体、疾控指定特选病原体以及一些环境微生物的16SrRNA序列的比对分析,确定了9个可变区的位置和长度(表1),并且指出不同的可变区适合不同菌群的鉴定分析[10]。其中,V1区适合分离鉴别链球菌(Streptococc