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微藻筛选纯化方法优缺点对比、分类和鉴定(二)

来源:安徽农学通报 发布时间:2024-11-04 17:38:00 浏览:189 次

2.2.2 DNA多态性分析技术


DNA多态性分析技术是以基因序列为基础,根据基因序列间差异进行比较、分析确定其分类,该技术最为直接有效。而不同微藻之间的差异是因其基因组DNA碱基序列间不同引起的,因此,只要测出微藻基因组序列,比较其差异,就可以进行分类,其结果可靠、准确性高。但是,微藻的基因组DNA较为庞大复杂,且种类繁多,全部测序耗财、耗力、耗时。而目前所采用的主要手段是从基因组中选择有代表性的某些片段作为分类标准,通过分析片段间的差异,以确定物种间的遗传差异,达到准确分类。


目前在基因水平的分类研究中,主要以线粒体基因组(mitochondrial DNA)、叶绿体基因组(chloroplast DNA)和核基因组(nDNA)的基因序列及其内部转录间隔区Ⅰ和Ⅱ作为分类依据。例如,许多国外研究者利用mtDNA中的细胞色素c氧化酶基因做藻类分类,通过对细胞色素c氧化酶亚基Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ进行系统进化分析,分类效果较好;但是mtDNA重排率高、突变率低,进化速度慢,鉴别位点有限,在同源性分析上受到一定影响,同时在微藻基因组中的拷贝数低,提取纯化困难,所以在微藻分类中应用有限,一般运用于较高等级的分类,如属间、科间甚至更高。而在藻类cpDNA中,由于序列差异比较大,多数在120~220kb之间,所以研究起来较为方便。实验表明,任何2种植物之间其cp DNA至少有30%的同源性,同源性越高,它们在分类群中亲缘关系就越近。而目前对微藻进行属及以上水平进行分类时,cp DNA中的1,5-二磷酸核酮糖羧化酶大亚基(rbcL)基因使用者较多,且分类结果可靠。核糖体基因功能同源且古老,既含有保守区又含有可变区,且具有高度重复序列,如:编码核糖体RNA(rDNA)的基因和转录间隔区(ITS),因此可作为微藻分类依据。而在核糖体基因分类研究中18srDNA和ITS使用者较多,因其分子大小适合操作,效果显著,被广泛应用于微藻分类学研究。但是,ITS序列在微藻种内高度保守,而在种间差异较大,适宜于不同种间的分类,不适宜于科及以上水平的分类。


2.3光谱微藻


色素丰富,种类多样,色素成分和浓度差异导致其光谱信息,如吸收光谱,荧光光谱和拉曼光谱存在一定差异,根据差异可以反推或间接确定微藻的种类,因此结合化学计量学方法,利用红外光谱能够进行微藻的快速鉴定、判别和分类。如Lin等人利用高光谱显微成像系统鉴定形态相似的铜绿微囊藻,然后使用Fisher算法来识别微藻物种,其敏感性和特异性很高,结果证明了这种方法可以快速方便地对微藻进行分类,并且还可以获取样本的数量和空间信息。朱慧云等使用已建立的光谱采集系统可有效地识别4种微藻种,为微藻种的鉴定和分类提供了新的途径。使用Vis/NIR光谱仪和便携式光学探针的方法适用于各种微藻物种,是一种快速、精确、无损的检测方法。

2.4变性梯度凝胶电泳技术


变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)是一种重要的分子多态性技术,在物种鉴定及浮游生物群落多样性研究方面有着广泛的应用,而将DGGE技术运用到微藻鉴定中也有许多研究,通常选择18S rDNA和28S rDNA的片段或其它区间作为特征区域,通过DGGE电泳,从而获得微藻的特征性条带进行微藻分类。通过DGGE技术对藻类的特征区域进行差异性分析,可以达到较好的区分效果,同时根据其条带强弱还能观测出样品中的优势微类。但是,该技术所需设备昂贵,对实验室条件有一定的要求,且操作繁琐,耗时耗力,不适于批量操作。


3、展望


随着微藻生物应用和微藻功能研究的不断深入,正确筛选鉴定和分类是基础,也是一项严峻的挑戰。对微藻进行筛选时,平板划线法虽然操作繁琐耗时长却是最可靠稳妥的方法,操作也较为简单,目前微藻筛选方面需亟待解决的仍然是筛选方法及周期问题。


对微藻分类时,特别是依据形态学特征进行表征时,仅通过普通光学显微镜难以观测其表型结构,而电子显微镜价格昂贵,此外,一些微藻形态、大小和表型结构在不同生长期会发生变化或未表露出来,以至于无法做出准确的判断。目前,对微藻分类多采用传统分类结合分子技术手段进行,在分子生物学中,线粒体基因组(mitochondrial DNA;mtDNA)、叶绿体基因组(chloroplast DNA;cpDNA)和核基因组(nDNA)的基因序列及其转录间隔区3者的方法使用较多,是快速鉴定方法。但是,仅依靠1种判断依据对近缘种属间微藻进行分类时,结果会有一定误差,因此需要选用多个判断标准,多重比较才能得出较准确的结论。选择ITS1-2和叶绿体中rbcL以及18sRDNA特征区域作为判断依据是最经济有效可行的手段,目前最为广泛使用。此外,微藻分类研究中,基因组DNA提取不易,试剂盒昂贵,应寻找更为方便快捷的提取基因组方法,或直接利用PCR方法扩增特征区域,使实验更高效。


对微藻鉴定时,通常先将序列比对,然后构建系统发育树,分析确定其在遗传系统中的地位。此外,今后藻类分类学研究不能仅仅局限于寻求新的分子指标,也需要借助当前先进仪器,创新思维并寻求更合适的分类方法,还应该去发现某些藻类特有组分,为藻类分类学研究提供准确依据。


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