高通量測序技術在水環境微生物群落多樣性中的應用

摘要：基于DNA多樣性的高通量測序技術在生物研究中發揮了重要的作用，尤其是對于難以觀測的水環境微生物及其群落，這些生物所存在的環境難以運用普通的方法對其進行觀測，而高通量測序技術很好地解決了這一難題，高通量的測序技術可以在很多環境下對微生物進行測序，在水環境下同樣可以很好地工作。

關鍵詞：高通量測序技術；水環境微生物群落；DNA多樣性

中圖分類號：X172 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）07-0095-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.055

Application of high-throughput sequencing technology in microbial community diversity in water environment

Cheng Zhongxue

（Anhui Huajing Capital Ring Technology Co.， Ltd.， Hefei Anhui 230088， China）

Abstract：Based on DNA diversity of high-throughput sequencing technologies play an important role in biological research， especially for observation of water environmental microorganisms and their communities， these creatures exist environment is difficult to use common methods on it， and high-throughput sequencing technologies well solved this difficult problem， high-throughput sequencing technologies can be in many circumstances to sequencing of microorganism， under the environment of water can also be a very good job.

Keywords：High-throughput sequencing technology； Water environment microbial community；DNA diversity

生物的DNA是每一個生物身份的唯一標識，除克隆技術制造出來的產物以外，任何生物的DNA都是唯一的，并且是不可能重復的，這也成為生物學上研究生物的最佳工具。生物的DNA結構相當復雜，兩條反向平行的雙螺旋結構決定了每一條染色體的唯一結構，運用高通量測序技術對每一個微生物的DNA進行精準的測序，不可能發生任何誤差，本文從樣本準備、文庫構建、測序反應以及數據分析等四個角度分析高通量測序技術在水環境微生物群落多樣性中的應用。

1 樣本準備

樣本的準備首先要確保隨機分布，只有隨機分布的樣本才能代表被試樣本的全部情況。在對水環境微生物群落進行研究的時候，首先要確定研究的范圍，這里的范圍包括兩個概念，首先是空間上的范圍，對不同水深的環境都要隨機抽取一定的微生物進行實驗；還有一個就是物種的概念，對不同物種的微生物要做到隨機抽取，不能“厚此薄彼”，才能保證實驗的科學性[1]。

樣本的準備還要保證被試樣本的安全性，這里的安全不是說對調查人員有什么危害，而是要確保被試樣本不受調查過程影響而發生病變。如果我們無法確保這一點，很容易會得到錯誤的結果。一些原本生物濃度很高的水環境，由于我們操作不當，導致一定范圍內的生物大批量死去，給調查研究活動帶來極大的不便，并且會造成較大的誤差[2]。因此，在對水環境微生物群落進行調查測序之前，要對微生物生長的環境做出科學全面的分析，確保我們操作的過程不會影響到生物的活性，這是進行調查研究的必要前提。只有確保了每一個被試樣本的相對活性，后續的調查研究活動才能有序正常的開展 [3]。

2 文庫構建

文庫的構建首先要求具有充足的文庫資源，因此，在對水環境微生物群落的多樣性進行測序分析時，必須要同步保留每一份實驗資源，確保全過程被記錄下來。

文庫在獲得足夠的實驗材料之后，還需要對實驗材料進行進一步的分析整合，首先按照實驗研究的物種分門別類的放置在文庫的各個分類之中，按照物種在生物學上的分類進行排序存放是一種高效地排序方式。當然，實際進行存放的時候，如果被試樣本的生物種類并不是很繁多的情況下，可以不按照生物學上給每一物種的分類按序排放，可以按照實驗時的先后順序存放試驗資料，這也是一種簡單高效的文庫管理方式。

最后，實驗完全結束之后，我們還需要對文庫內部的資料定期檢查，實時更新，畢竟再嚴謹科學實驗也會有一定范圍內的誤差，在誤差不是很大的情況下，我們是默許誤差存在的，但是當誤差達到一定程度以后，我們必須要進行一系列的排除誤差操作，盡一切可能降低誤差對實驗準確性的影響[4]。后期再對實驗進行進一步研究的時候，如果研究成果推翻了前期實驗的結論，可以將后期實驗的數據存放在文庫中；如果后期的實驗沒能推翻前期實驗的結論，則文庫保持之前研究的狀態；如果后期的研究成果并沒有推翻前期研究的結論，但是卻對前期研究結論有了新的補充說明，這時候還需要將后期實驗的數據補充到前期的實驗中去，以完善整個實驗的科學準確性。

3 測序反應

測序反應是運用高通量測序技術對水環境微生物群落多樣性進行研究的關鍵所在，只有確保了測序反應的準確性，才能提供正確的實驗數據給文庫。

具體而言，測序反應是將一定的標記標識在水環境微生物的DNA上面，并且運用一定的測序方式對DNA進行測試，帶有一定熒光標識的DNA就會發出光芒，這時DNA的形狀結構就很具體的展現在我們的面前了。在同時對多個微生物群落進行研究的時候，可以采用多種熒光標示同時進行的方式，對多個生物群落同時進行研究，最理想的是采用多色標識研究的方式，比如，對一定范圍內的甲乙兩種微生物群落進行測序反應研究的時候，可以將紅色標識到甲物種的群落的DNA上去，而將藍色標識到乙物種群落的DNA上去，在進行實際測序的時候我們肉眼就能很好地識別出這兩種物種了[5]。

在進行實際測序的時候，還要考慮周圍環境對測序帶來的影響，比如是否因為測序導致了一定范圍內的生物死亡，或者降低了生物活性。只有當我們提供了適宜的環境，確保被研究的水環境微生物群落沒有因為實驗行為而降低生物活性，才能繼續開展下一步的實驗測序活動。

4 數據分析

當一切實驗完成之后，數據的分析就顯得尤為重要了。當然數據分析相較于實驗的其他活動而言更為簡單、易操作一些，對現有的數據進行合理的分析整合也是一門藝術，如果缺乏對數據很敏銳的嗅覺，難以完成這項工作。

數據分析最關鍵的是要很好歸納總結各類實驗數據之間的聯系，總結不同的實驗數據之間的相關性，將各種實驗的被試樣本的特征很好地記錄下來，并且作為實驗最終分析的重要依據。數據的分析是建立在實驗的準確性數據基礎之上的，如果實驗沒能夠保證精準的數據，那么數據的分析就顯得很困難了。這里，我們默認數據都是科學合理的，那么數據的分析就變得很容易了。

適度的歸納總結，是分析實驗數據的最佳途徑，通過對各組水環境微生物群落的DNA多態性進行研究，才能夠得出科學合理的生物學實驗結論，如果我們只局限于對一組數據的研究，得出的結論也只能是片面的，難以確保實驗的全面性。因此，由于水環境微生物種類的繁多，在進行實驗分析的時候，也要盡一切可能的保證實驗的完善性，不能缺失了對某一組實驗數據的分析。

5 結語

高通量測序技術作為一種重要的生物測序研究的方式，給現代生物研究帶來了極大的便利性，給每一種生物多樣性的測試提供了強大的技術支持，在對水環境微生物群落的多樣性研究時同樣發揮了巨大的作用。

參考文獻

[1]楊浩，張國珍，楊曉妮等.16S rRNA高通量測序研究集雨窖水中微生物群落結構及多樣性[J].環境科學，2017，38（4）：1704-1716.

[2]王林，李冰，朱健.高通量測序技術在人工濕地微生物多樣性研究中的研究進展[J].中國農學通報，2016，32（5）：10-15.

[3]許穎，馬德勝，宋文楓等.采用16S rDNA高通量測序技術分析油藏微生物多樣性[J].應用與環境生物學報，2016，18（3）：409-414.

[4]夏圍圍，賈仲君.高通量測序和DGGE分析土壤微生物群落的技術評價[J].微生物學報，2014，54（12）：1489-1499.

[5]黃志濤，宋協法，李勛等.基于高通量測序的石斑魚循環水養殖生物濾池微生物群落分析[J].農業工程學報，2016，32（11）：242-247.

收稿日期：2018-04-25

作者簡介：承中雪（1984-），男，本科，中級職稱，研究方向為環境微生物、環評。