CN104862410A - 一种海洋环境α变形菌群落检测基因芯片及其应用 - Google Patents
一种海洋环境α变形菌群落检测基因芯片及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明所要解决的技术问题是提供一种检测海洋环境α变形菌群落的基因芯片及应用,即可平行、快速、高通量的检测海洋环境α变形菌群落,使基因芯片技术更好的应用于海洋环境监测,从而弥补现有技术的不足。本发明芯片所使用的探针可以快速、高通量地对海水中的α变形菌群落进行检测,最大可以检测22个科的α变形菌信息,从而为海洋环境细菌群落的监测提供了有力的技术支持,为建立、健全近岸海域海洋环境质量综合评价体系奠定了坚实的基础。
Description
技术领域
本发明属于分子检测技术领域,具体涉及一种海洋环境α变形菌群落检测基因芯片及应用,本发明的芯片能识别海洋环境中不同科的α变形菌。
背景技术
海洋环境检测是是保护海洋生态环境可持续健康发展的重要环节。海洋环境监测包括化学监测和生物监测。生物监测主要是对海洋环境中的浮游生物、底栖生物、海草、红树植物、珊瑚、大肠杆菌等生物种类组成和数量分布进行监测,缺少对海洋细菌群落的监测。细菌作为一类多样性最高的生命形式,在海洋环境中承担着重要的生态功能(碳循环,氮循环,硫循环,磷循环和金属循环等)。细菌复杂的群落结构、功能、相互作用和动态变化对海洋生态功能的维持有着重要意义。因此,增加对海洋环境各个细菌种类组成和数量分布的监测,对建立、健全近岸海域海洋环境质量综合评价体系来说十分必要。
目前针对海洋大肠杆菌的监测主要是利用传统的分离培养方法。这种监测方法繁琐、耗时、耗力,不适合对多种细菌同时进行监测。亟需发展高通量、高效、便捷的海洋细菌群落监测技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种检测海洋环境α变形菌群落的基因芯片及应用,即可平行、快速、高通量的检测海洋环境α变形菌群落,使基因芯片技术更好的应用于海洋环境监测,从而弥补现有技术的不足。
本发明的基因芯片,包括有芯片载体,以及固定在芯片载体上的,用于检测海水中Acetobacteraceae、Beijerinckiaceae、Bradyrhizobiaceae、Brucellaceae、Caulobacteraceae、Cohaesibacteraceae、Erythrobacteraceae、Hyphomicrobiaceae、Hyphomonadaceae、Kordiimonadaceae、Methylobacteriaceae、Methylocystaceae、Parvularculaceae、Phyllobacteriaceae、Rhizobiaceae、Rhodobacteraceae、Rhodobiaceae、rhodospirillaceae、Rickettsiaceae、Sneathiellaceae、Sphingomonadaceae、Xanthobacteraceae的探针;
其中用于检测Acetobacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:1-2中的任一种或几种;
用于检测Beijerinckiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:3-5中的任一种或几种;
用于检测Bradyrhizobiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:6-8中的任一种或几种;
用于检测Brucellaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ ID NO:9-10中的任一种或几种;
用于检测Caulobacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:11-13中的任一种或几种;
用于检测Cohaesibacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:14-15中的任一种或几种;
用于检测Erythrobacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:16-17中的任一种或几种;
用于检测Hyphomicrobiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:18-20中的任一种或几种;
用于检测Hyphomonadaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:21-23中的任一种或几种;
用于检测Kordiimonadaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:24-26中的任一种或几种;
其中,用于检测Methylobacteriaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQID NO:27-29中的任一种或几种;
用于检测Methylocystaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:30-31中的任一种或几种;
用于检测Parvularculaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:32-33中的任一种或几种;
用于检测Phyllobacteriaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:34-35中的任一种或几种;
用于检测Rhizobiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ ID NO:36-38中的任一种或几种;
用于检测Rhodobacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:39-41中的任一种或几种;
用于检测Rhodobiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:42-44中的任一种或几种;
用于检测rhodospirillaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:45-47中的任一种或几种;
用于检测Rickettsiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:48-49中的任一种或几种;
用于检测Sneathiellaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:50-52中的任一种或几种;
用于检测Sphingomonadaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:53-55中的任一种或几种;
用于检测Xanthobacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:56-57中的任一种或几种;
在本发明的基因芯片上还固定有杂交阳性对照质控探针、杂交阴性对照质控探针、表面化学质控探针中的任一种或几种,
其中杂交阳性对照质控探针(PC)的核苷酸序列为SEQ ID NO:58;
杂交阴性对照质控探针(NC)的核苷酸序列为SEQ ID NO:59;
表面化学质控探针(CK)的核苷酸序列为SEQ ID NO:60,是一条用HEX染料标记的40个T的寡核苷酸序列。这些荧光探针点的位置可作为芯片上DNA微阵列坐标,在芯片检测过程中起到定位探针位置的作用。
本发明芯片所使用的探针可以快速、高通量地对海水中的α变形菌群落进行检测,最大可以检测22个科的α变形菌信息,从而为海洋环境细菌群落的监测提供了有力的技术支持,为建立、健全近岸海域海洋环境质量综合评价体系奠定了坚实的基础。
附图说明
图1:本发明基因芯片的探针布局示意图。
图2:本发明基因芯片的特异性检测图。
图3:本发明基因芯片的灵敏性检测图。
图4:本发明基因芯片的应用效果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的描述,下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常可按常规条件,如J.萨姆布鲁克(Sambrook)等编写的《分子克隆实验指南》中所述的条件,或按照制造厂商所建议的条件运行。
实施例1:放线菌群落检测基因芯片的探针设计
采用高通量测序技术和克隆文库技术获得东海海水中α变形菌群落信息。根据α变形菌群落16S rRNA基因序列信息,利用ARB软件对东海海水中22个主要的α变形菌科(Acetobacteraceae、Beijerinckiaceae、Bradyrhizobiaceae、Brucellaceae、Caulobacteraceae、Cohaesibacteraceae、Erythrobacteraceae、Hyphomicrobiaceae、Hyphomonadaceae、Kordiimonadaceae、Methylobacteriaceae、Methylocystaceae、Parvularculaceae、Phyllobacteriaceae、Rhizobiaceae、Rhodobacteraceae、Rhodobiaceae、rhodospirillaceae、Rickettsiaceae、Sneathiellaceae、Sphingomonadaceae、Xanthobacteraceae)进行探针设计,并在BLAST中进行验证,获得用来制备基因芯片的探针序列。
申请人从灵敏度和检测特异性的角度出发,对上述可能作为探针的序列进行筛选,最终确定了如下的探针序列:
用于检测Acetobacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:1-2;
用于检测Beijerinckiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:3-5;
用于检测Bradyrhizobiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:6-8;
用于检测Brucellaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ ID NO:9-10;
用于检测Caulobacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:11-13;
用于检测Cohaesibacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:14-15;
用于检测Erythrobacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:16-17;
用于检测Hyphomicrobiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:18-20;
用于检测Hyphomonadaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:21-23;
用于检测Kordiimonadaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:24-26;
其中,用于检测Methylobacteriaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQID NO:27-29;
用于检测Methylocystaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:30-31;
用于检测Parvularculaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:32-33;
用于检测Phyllobacteriaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:34-35;
用于检测Rhizobiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:36-38;
用于检测Rhodobacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:39-41;
用于检测Rhodobiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:42-44;
用于检测rhodospirillaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:45-47;
用于检测Rickettsiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:48-49;
用于检测Sneathiellaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:50-52;
用于检测Sphingomonadaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:53-55;
用于检测Xanthobacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:56-57;
还有点制在芯片上的:
杂交阳性对照质控探针(PC),采用的是细菌16S rRNA基因的保守性片段。其主要功能是与PCR扩增过程中扩增出来的基于16S rRNA基因的标记物杂交,从而对扩增、标记和杂交等检测过程的正确性进行有效控制,其核苷酸序列为SEQ ID NO:58;
杂交阴性对照质控探针(NC),采用的是一段40个T的寡核苷酸序列。该探针不会与任何的扩增和标记产物结合,因此该探针可从反面监控杂交过程的可靠性,其核苷酸序列为SEQ ID NO:59;
表面化学质控探针(CK)是一条用HEX染料标记的40个T的寡核苷酸序列,可监测点样过程的可靠性,另外荧光探针点的位置可作为芯片上DNA微阵列坐标,在芯片检测过程中起到定位探针位置的作用,其核苷酸序列为SEQ ID NO:60(图1)。
实施例2:本发明的海洋放线菌群落检测基因芯片的特异性检测
选择α变形菌中的海水优势科Rhodobacteraceae的代表性克隆Nautella sp.1-37,对α变形菌群落检测基因芯片的特异性进行检测。
①DNA的提取:用质粒提取试剂盒提取质粒DNA。
②16S rRNA基因的扩增:利用克隆载体pEASY-T1通用引物M13F(GTAAAA CGA CGG CCA GT)和M13R(GTC CTT TGT CGA TAC TG)对16S rRNA基因进行线性扩增。扩增程序为94℃5min,25个循环(94℃30s,55℃30s,72℃1min 30s),72℃10min。
③荧光标记:利用荧光标记的随机引物(Cy3-NNN NNN NNN)和Klenow酶对16S rRNA基因扩增产物进行标记。37℃1.5h,70℃10min。
④杂交:将15μL荧光标记产物和5μL杂交液混合与α变形菌群落基因芯片50℃杂交12h。芯片清洗,干燥后用扫描仪检测结果。
结果显示(图2),克隆Nautella sp.1-37与本发明的基因芯片上对应的Rhodobacteraceae科的探针具有明显的杂交信号,与其他科的探针无杂交信号,说明本发明的海洋α变形菌群落检测基因芯片具有较好的特异性。
实施例3:本发明的海洋放线菌群落基因芯片的敏感性检测
将克隆Nautella sp.1-37的DNA进行梯度稀释。分别对梯度稀释的菌株DNA进行线性扩增,并用此对海洋α变形菌群落检测基因芯片的敏感性进行检测。
具体方法如实施例2,结果显示(图3),本发明的海洋α变形菌群落检测基因芯片最低可以检测到1ng/μL的Nautella sp.1-37,在1-100ng/μL间样品浓度和信号强度呈线性相关,说明本发明的海洋α变形菌群落检测基因芯片对微量的菌就可杂交出阳性结果,灵敏度很高,在实际操作中使用本发明的芯片检测的时候不会出现假阴性,且可实现半定量。。
实施例4:利用芯片检测海水样品中的放线菌种类
将海水样品Y1P404与本发明的海洋α变形菌群落检测基因芯片进行杂交,具体方法如实施例2。并与高通量测序的结果进行比较。结果如表1所示。
表1海水样品中的α变形菌种类的检测结果
注:+表示检出,-表示未检出。
芯片检测结果表明海水样品Y1P404中含有Cohaesibacteraceae、Erythrobacteraceae、Hyphomicrobiaceae、Hyphomonadaceae、Phyllobacteriaceae、Rhizobiaceae、Rhodobacteraceae、Rhodobiaceae、rhodospirillaceae、Sphingomonadaceae。高通量测序结果表明海水样品Y1P404中含有Cohaesibacteraceae、Erythrobacteraceae、Hyphomicrobiaceae、Hyphomonadaceae、Methylobacteriaceae、Phyllobacteriaceae、Rhizobiaceae、Rhodobacteraceae、rhodospirillaceae、Sphingomonadaceae。本发明的基因芯片的检测结果与高通量测序结果大体一致,说明该基因芯片基因芯片可以较准确地鉴定出海洋环境α变形菌的种类。
实施例5:利用芯片检测海水样品中的放线菌群落结构
将海水样品Y1P404、Y1MB601、PE104、HSPI104、151A、22A与本发明的海洋α变形菌群落检测基因芯片进行杂交,具体方法如实施例2。将芯片检测出的各个α变形菌的种类和丰度进行PCoA分析,并与高通量测序结果的PCoA分析进行比较。结果如图4所示。
芯片检测结果表明海水样品HSPI104的α变形菌群落结构与其他五个海水样品的α变形菌群落结构具有明显的差异。高通量测序结果同样表明海水样品HSPI104的α变形菌群落结构与其他五个海水样品的α变形菌群落结构具有明显不同。这说明本发明的基因芯片可以准确、快速的对海水α变形菌群落进行鉴定,且大大缩短了检测时间。因此,为海洋环境细菌群落的监测提供了有力的技术支持,为建立、健全近岸海域海洋环境质量综合评价体系奠定了坚实的基础。
Claims (6)
1.一种检测海洋环境α变形菌群落的基因芯片,其特征在于,所述的基因芯片,包括有芯片载体,以及固定在芯片载体上的,用于检测海水中Acetobacteraceae、Beijerinckiaceae、Bradyrhizobiaceae、Brucellaceae、Caulobacteraceae、Cohaesibacteraceae、Erythrobacteraceae、Hyphomicrobiaceae、Hyphomonadaceae、Kordiimonadaceae、Methylobacteriaceae、Methylocystaceae、Parvularculaceae、Phyllobacteriaceae、Rhizobiaceae、Rhodobacteraceae、Rhodobiaceae、rhodospirillaceae、Rickettsiaceae、Sneathiellaceae、Sphingomonadaceae、Xanthobacteraceae菌的探针;
其中用于检测Acetobacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:1-2中的任一种或几种;
用于检测Beijerinckiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:3-5中的任一种或几种;
用于检测Bradyrhizobiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:6-8中的任一种或几种;
用于检测Brucellaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ ID NO:9-10中的任一种或几种;
用于检测Caulobacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:11-13中的任一种或几种;
用于检测Cohaesibacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:14-15中的任一种或几种;
用于检测Erythrobacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:16-17中的任一种或几种;
用于检测Hyphomicrobiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:18-20中的任一种或几种;
用于检测Hyphomonadaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:21-23中的任一种或几种;
用于检测Kordiimonadaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:24-26中的任一种或几种;
用于检测Methylobacteriaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:27-29中的任一种或几种;
用于检测Methylocystaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:30-31中的任一种或几种;
用于检测Parvularculaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:32-33中的任一种或几种;
用于检测Phyllobacteriaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:34-35中的任一种或几种;
用于检测Rhizobiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:36-38中的任一种或几种;
用于检测Rhodobacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:39-41中的任一种或几种;
用于检测Rhodobiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:42-44中的任一种或几种;
用于检测rhodospirillaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:45-47中的任一种或几种;
用于检测Rickettsiaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:48-49中的任一种或几种;
用于检测Sneathiellaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:50-52中的任一种或几种;
用于检测Sphingomonadaceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:53-55中的任一种或几种;
用于检测Xanthobacteraceae微生物的核酸探针,其核苷酸序列为SEQ IDNO:56-57中的任一种或几种。
2.如权利要求1所述的基因芯片,其特征在于,所述的芯片载体上还固定有杂交阳性对照质控探针、杂交阴性对照质控探针、表面化学质控探针中的任一种或几种。
3.如权利要求2所述的基因芯片,其特征在于,所述的杂交阳性对照质控探针的核苷酸序列为SEQ ID NO:58。
4.如权利要求2所述的基因芯片,其特征在于,所述的杂交阴性对照质控探针的核苷酸序列为SEQ ID NO:59。
5.如权利要求5所述的基因芯片,其特征在于,所述的表面化学质控探针的核苷酸序列为SEQ ID NO:60。
6.如权利要求2所述的基因芯片,其特征在于,所述的表面化学质控探针用HEX染料标记。
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CN201510306248.5A CN104862410A (zh) | 2015-06-05 | 2015-06-05 | 一种海洋环境α变形菌群落检测基因芯片及其应用 |
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Cited By (4)
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---|---|---|---|---|
CN105401221A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-03-16 | 中国科学院天津工业生物技术研究所 | 一种检测海洋环境拟杆菌群落的基因芯片及应用 |
CN105483268A (zh) * | 2016-01-23 | 2016-04-13 | 中国科学院天津工业生物技术研究所 | 一种检测海洋环境中γ-变形菌群落的基因芯片 |
CN106048077A (zh) * | 2016-06-18 | 2016-10-26 | 中国科学院天津工业生物技术研究所 | 一种检测海洋环境中β‑变形菌群落的基因芯片 |
CN106222277A (zh) * | 2016-08-06 | 2016-12-14 | 中国科学院天津工业生物技术研究所 | 一种检测海洋环境中细菌群落的基因芯片 |
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2015
- 2015-06-05 CN CN201510306248.5A patent/CN104862410A/zh active Pending
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何健瑜等: "东海表层沉积物纯培养与非培养细菌多样性", 《生物多样性》 * |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150826 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |