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也給土壤做個(gè)DNA檢測(cè)
地球的皮膚
2016年01月05日人類(lèi)基因組計(jì)劃、基因芯片、個(gè)性化分子診斷、生物云計(jì)算……這些在21世紀(jì)第一個(gè)十年里吸引無(wú)數(shù)眼球的熱門(mén)詞匯，都和一個(gè)產(chǎn)業(yè)頗有淵源——DNA測(cè)序。生物技術(shù)和信息技術(shù)在這片創(chuàng)意新天地里水乳交融。
在業(yè)內(nèi)人士眼里，DNA測(cè)序出身高貴，它破解基因密碼(即堿基序列)，將基因組學(xué)與IT技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展出一門(mén)新興學(xué)科——生物信息學(xué)。以它為代表的基因技術(shù)，顛覆了傳統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)，引領(lǐng)生命科學(xué)未來(lái)發(fā)展潮流。以它為代表的基因工程，在醫(yī)療健康、環(huán)境保護(hù)、新能源、新材料、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等熱門(mén)領(lǐng)域大顯身手。
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土壤DNA檢測(cè)[/caption]
在業(yè)外人士眼里，DNA測(cè)序足夠高科技，堪稱(chēng)“一項(xiàng)新技術(shù)衍生出一個(gè)新行業(yè)”的典范，在短時(shí)間內(nèi)迅速成為國(guó)內(nèi)外VC和PE的寵兒，發(fā)展速度之快以至于沒(méi)有人能準(zhǔn)確描繪出它十年后的發(fā)展藍(lán)圖。在日新月異的DNA測(cè)序技術(shù)面前，任何預(yù)測(cè)可能都顯得保守？給土壤做DNA檢測(cè)可以給我們帶來(lái)什么呢?
生物與環(huán)境之間的相互影響，是地球上的生命出現(xiàn)以來(lái)就普遍存在的一種自然現(xiàn)象。土壤生態(tài)系統(tǒng)是地球上生物多樣性最豐富的生境。土壤生物多樣性在維持陸地生態(tài)系統(tǒng)碳動(dòng)態(tài)和養(yǎng)分循環(huán)方面具有重要的作用。土壤中豐富的微生物種類(lèi)在土壤生態(tài)系統(tǒng)中各自行使著獨(dú)特的功能，在地球物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)換、環(huán)境與健康等方面發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的土壤微生物研究主要通過(guò)分離培養(yǎng)法進(jìn)行，但由于分離出的微生物種類(lèi)占土壤微生物種類(lèi)總數(shù)的比例太小，約為0.1%~1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足研究需要。而基于DNA甚至RNA的微生物分子生態(tài)學(xué)手段則可以使人們避開(kāi)傳統(tǒng)分離培養(yǎng)過(guò)程而直接探討土壤微生物的種群結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境的關(guān)系。利用功能基因，結(jié)合現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)，已成為土壤物質(zhì)循環(huán)研究的常用方法。
分子生態(tài)學(xué)是微生物學(xué)的一個(gè)領(lǐng)域，利用分子生物學(xué)方法研究微生物生態(tài)學(xué)。比如研究某些基因在環(huán)境中的存在和分布。另外，隨著聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)技術(shù)的發(fā)展，人們可以快速擴(kuò)增遺傳物質(zhì)DNA。環(huán)境樣品中DNA的擴(kuò)增通常需要一組用于特定微生物的引物，而得到遺傳物質(zhì)的混合物，將其分離，隨后進(jìn)行測(cè)序和鑒別。經(jīng)典的分離辦法是通過(guò)克隆，將擴(kuò)增的DNA片段插入到細(xì)菌質(zhì)粒上實(shí)現(xiàn)的。較新的方法包括變性梯度凝膠電泳(DGGE)，可以更快地得到結(jié)果。分子生態(tài)學(xué)的發(fā)展也和DNA芯片的使用緊密相關(guān)，該技術(shù)可以高通量檢測(cè)環(huán)境中的特定生物或基因。分子生態(tài)學(xué)中可以使用很多基因進(jìn)行研究，在分類(lèi)學(xué)角度，最常應(yīng)用的基因是核糖體小亞基RNA(SSU rRNA)。而功能性基因的研究有助於判斷微生物在該環(huán)境中的活動(dòng)。微生物生態(tài)學(xué)中和分子技術(shù)相關(guān)的一個(gè)重要問(wèn)題就是，這些生物以主動(dòng)（進(jìn)行正常代謝和繁殖）還是被動(dòng)（靜息休眠）的方式存在。
就現(xiàn)在看來(lái)，微生物在分子生態(tài)學(xué)方面主要應(yīng)用DGGE，F(xiàn)ISH，PCR等分子技術(shù)研究微生物群落的種群組成和他們的空間分布以及對(duì)環(huán)境物質(zhì)和能量的流動(dòng)的影響。DGGE是一種用來(lái)分析微生物特別是細(xì)菌的生物多樣性的新技術(shù)。一般是利用甲酰胺和尿素作為變性劑，溫度恒定進(jìn)行變性梯度凝膠電泳。我們都知道，細(xì)菌總DNA中的16S rDNA是比較保守的一段約1.5kb長(zhǎng)的DNA序列。利用一對(duì)16S通用引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增，再以產(chǎn)物為模板，擴(kuò)增其中的約210bp的一段序列進(jìn)行電泳。因?yàn)閴A基的組成不同，所以同樣長(zhǎng)度相同的DNA序列在凝膠的位置不同，合適的條件下，該技術(shù)能檢測(cè)出一個(gè)堿基的差異。所以利用該技術(shù)我們可以知道一個(gè)區(qū)域內(nèi)，微生物（特別是細(xì)菌）生物組成的變化，哪些優(yōu)勢(shì)種群。針對(duì)優(yōu)勢(shì)種群，我們可以進(jìn)一步鑒定其種類(lèi)，確定其理化性質(zhì)，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)接到需要該菌種的微生物種群中，改變它的組成（例如利用活性污泥發(fā)酵等）更好的解決環(huán)境污染問(wèn)題，提高環(huán)境的抗污染能力。FISH是一種基因定位技術(shù)，利用該技術(shù)我們也可以用改變微生物的組成和它們之間的關(guān)系，以及同環(huán)境之間的關(guān)系。
簡(jiǎn)而言之，現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)對(duì)土壤做DNA檢測(cè)，使人們能夠更好的了解土壤中微生物的分類(lèi)、發(fā)展與功能，深入了解土壤圈物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的規(guī)律和機(jī)理，并且能夠?yàn)槿祟?lèi)所用，更好的為人類(lèi)服務(wù)。