CARD-FISH技术及其在微生物生态学研究中的应用

路 璐

(西华师范大学 环境科学与工程学院，四川 南充 637009)

遗传和代谢多样性丰富的微生物在生物地球化学循环过程中起着主导作用，也是目前微生物生态学的重要研究对象。然而，绝大多数微生物种类尚不能通过传统的纯培养方法进行分离，目前估测的每升海洋水体和每吨土壤中分别含有2×106和4×106种微生物类群，而已分离出的纯菌仅约4 800种[1]。因此，人们对环境中微生物的种类及其生理代谢功能的认识还十分有限。为了尽量在原位环境下研究这些难培养微生物，在过去的几十年中，以非培养为基础的分子生物学技术手段，如聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)、变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis，DGGE)、高通量测序技术等的迅速发展，已经能够在群落水平探知微生物的多样性及其生理代谢功能，同时也发现了在传统研究技术手段下以往无法发现的微生物种类及功能[2-6]，这些分子生物学技术已成为目前研究环境微生物的主要途径。然而，以DNA测序为基础的分析方法，仍存在很大缺陷。比如， PCR及全基因组扩增(whole gemome amplification, WGA)在扩增过程中，对不同丰度和种属的微生物存在一定的扩增偏差[7-8]，会导致所测结果与实际环境中相差甚远。同时，即使是具有相似 16S rRNA 基因组成的类群也不一定具有相同的代谢功能[9]，丰度较高的微生物也不一定发挥更重要的生态功能[10]。更重要的是，微生物发挥功能的基本载体是细胞，脱离了单个细胞，单纯的DNA/RNA和蛋白质仅仅是不同化学物质的简单堆积。因此，在细胞水平研究原位条件下微生物的系统发育水平及生理代谢是探究大多数难培养微生物生态功能的最好解决方法之一。……