DGGE技術(shù)在微生物生態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用

DGGE技術(shù)在微生物生態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用DGGE技術(shù)（DenaturingGradientGelElectrophoresis），中文稱為變性梯度凝膠電泳技術(shù)，是一種高效、靈敏、快速且可重復(fù)的微生物分子生態(tài)學(xué)研究方法，廣泛應(yīng)用于微生物多樣性和功能的分析研究。DGGE技術(shù)通過測(cè)定微生物群落中特定基因區(qū)域（例如16SrRNA和18SrRNA基因）的變性效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)微生物群落的分離和分析。下面從DGGE技術(shù)的原理、操作方法和應(yīng)用方面入手，詳細(xì)介紹DGGE技術(shù)在微生物生態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用。一、原理1.基因變性DGGE技術(shù)的核心理論是基因變性?；蜃冃允侵赣捎谛蛄兄杏胁糠謮A基被取代或刪除，或者DNA雙鏈被斷裂，在不同的溫度或沸蕩鹽濃度條件下，原來比較穩(wěn)定的雙鏈DNA會(huì)發(fā)生改變從而使它們發(fā)生部分或全部解旋，從而分開。這個(gè)基因區(qū)域的變性情況，決定了該區(qū)域在DGGE電泳中的遷移行為，也決定了DGGE電泳中的分析結(jié)果。2.電泳分離DGGE技術(shù)通過在凝膠中形成變性梯度，利用電場(chǎng)力將含有特定基因區(qū)域的片段在梯度中一定程度上分開，從而實(shí)現(xiàn)微生物多樣性和功能的分析。DGGE電泳分離的樣品，不是線性地分布在凝膠中，而是分布在一定的距離內(nèi)，離中央越近的樣品分離越好。在電泳過程中，變性的DNA片段會(huì)通過凝膠的變性梯度，最終停留在不同的距離上。3.監(jiān)測(cè)和分析通過觀察DGGE梯度凝膠電泳圖譜上的條帶，可以快速、準(zhǔn)確、可重復(fù)地監(jiān)測(cè)到樣品中某些特定基因區(qū)域的存在和數(shù)量。同時(shí)，DGGE技術(shù)還可以借助序列技術(shù)將條帶進(jìn)行鑒定和分類，進(jìn)一步獲取這些微生物群落的分類和數(shù)量信息。二、操作方法1.樣品收集和樣品DNA提取在進(jìn)行DGGE分析之前，必須先從環(huán)境樣品中收集微生物，并通過樣品DNA的提取和純化過程來獲得可用于PCR擴(kuò)增的DNA。2.增富和PCR擴(kuò)增為了增加樣品中特定微生物基因區(qū)域的含量，DGGE技術(shù)通常會(huì)使用增富方法，例如GeoChip和流式細(xì)胞術(shù)。隨后，利用PCR技術(shù)從樣品DNA中擴(kuò)增特定的基因片段（例如16SrRNA和18SrRNA基因）作為DGGE分析的模板。3.變性梯度凝膠電泳分析將PCR產(chǎn)物注入到預(yù)先制備的變性梯度凝膠電泳膠中，然后進(jìn)行電泳分離。電泳結(jié)束后，凝膠上會(huì)形成一系列的條帶，每個(gè)條帶代表一個(gè)不同的微生物群落。通過比較不同樣品中的條帶數(shù)量和位置，可以確定這些微生物群落的豐度和多樣性。三、應(yīng)用1.微生物多樣性分析DGGE技術(shù)可以與序列技術(shù)相結(jié)合，用于分析環(huán)境樣品中微生物群落的多樣性。比如，對(duì)于有典型序列的某一個(gè)條帶來說，可以通過PCR擴(kuò)增、測(cè)序、序列比對(duì)、物種鑒定等方法，進(jìn)一步深入了解該條帶所代表的微生物，以及其在微生物群落中的豐度，從而了解整體群落結(jié)果和物種多樣性。2.微生物多樣性動(dòng)態(tài)分析微生物群落隨時(shí)間或條件的變化往往具有一定的規(guī)律性，DGGE技術(shù)能夠解析這一規(guī)律性。可以使用時(shí)間序列樣品或密度梯度中的樣品，利用DGGE技術(shù)來研究微生物群落隨時(shí)間的變化，了解微生物群落的生長(zhǎng)和變化規(guī)律，包括如何與環(huán)境變化相互作用等。3.微生物功能分析DGGE技術(shù)可以通過特定的基因區(qū)域，捕捉到不同數(shù)量和類別的微生物，進(jìn)而對(duì)不同的微生物功能進(jìn)行研究。比如，研究環(huán)境樣品中的甲烷氧化菌、硝化細(xì)菌種群和去氨菌等微生物功能，有助于深入了解這些微生物在某些生物循環(huán)中的作用。4.微生物進(jìn)化分析DGGE技術(shù)還可以用來研究微生物進(jìn)化趨勢(shì)和關(guān)于不同環(huán)境條件下微生物的進(jìn)化關(guān)系。微生物的變異或突變等遺傳變化造成該范圍的單核苷酸多態(tài)性（SNPs）會(huì)導(dǎo)致DGGE譜的形狀、條帶分布區(qū)域和強(qiáng)度等都有所變化。綜上所述，DGGE技術(shù)