问答题 什么是宏基因组,宏基因组的目的如何?简述其关键技术要点。
【正确答案】正确答案:(1)广义宏基因组是指特定环境下所有生物遗传物质的总和,它决定了生物群体的生命现象。它是以生态环境中全部DNA作为研究对象,通过克隆、异源表达来筛选有用基因及其产物,研究其功能和彼此之间的关系和相互作用,并揭示其规律。 狭义宏基因组学则以生态环境中全部细菌和真菌基因组DNA作为研究对象,它不是采用传统的培养微生物的基因组,包含了可培养和不能培养的微生物的基因,通过克隆、异源表达来筛选有用基因及其产物,研究其功能和彼此之间的关系和相互作用,并揭示其规律。 特定生物种基因组研究使人们的认识单元实现了从单一基因到基因集合的转变,宏基因组研究将使人们摆脱物种界限,揭示更高更复杂层次上的生命运动规律,并能有效的开发利用基因资源,更深入的了解物种多样性。 (2)宏基因组学是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象,以功能基因筛选和测序分析为研究手段,以微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系为研究目的的新的微生物研究方法。 基因组学的研究过程,一般包括从环境样品中提取基因组DNA,克隆。DNA到合适的载体,导入宿主菌体,筛选目的克隆等4个步骤。在基因组学研究领域中,其研究目标通常是测定单一物种的基因组序列;而在宏基因组学中,则是要测定由多种微生物组成的复杂群体的混合基因组序列。 1)样品总DNA的提取及基因或基因组DNA的富集。提取的样品DNA必须可以代表特定环境中微生物的种类,尽可能代表自然状态下的微生物原貌,获得高质量环境样品中的总DNA是宏基因组文库构建的关键之一。要采用合适的方法,既要尽可能地完全抽提出环境样品中的DNA,又要保持较大的片段以获得完整的目的基因或基因簇。 2)宏基因组文库的建立。宏基因组文库的构建策略取决于研究的整体目标。偏重于低拷贝、低丰度基因还是高拷贝、高丰度基因要取决于研究的目的是单个基因或基因产物还是整个操纵子及编码不同代谢途径的基因簇。基因文库的建立过程中需要选择合适的克隆载体和宿主菌株。 3)宏基因组文库的筛选。由于环境基因组的高度复杂性,需要通过高通量和高灵敏度的方法来筛选和鉴定文库中的有用基因。筛选技术大致可分为四类:①基于核酸序列差异分析;②基于目的克隆功能的特殊代谢活性;③基于底物诱导基因的表达;④基于包括稳定性同位素和荧光原位杂交在内的其他技术。 当前宏基因组学技术中最大缺陷是文库的表达问题,模式微生物并不能把所有的宏基因组DNA表达出来,降低了表型筛选的效率。宏基因组表型筛选的效率很低,从上万个克隆中一般只能筛选到几个有用的克隆。这表明宏基因组学的提出虽然带来观念上极大的突破,但受限于技术瓶颈,还未在实际工作中产生理论上可能带来的巨大成果。但有理由相信,随着分子生物学技术的发展,宏基因组学研究必然成为今后若干年自然科学研究的一个重要领域。
【答案解析】