高通量测序技术在水环境微生物群落多样性中的应用

摘要：基于DNA多样性的高通量测序技术在生物研究中发挥了重要的作用，尤其是对于难以观测的水环境微生物及其群落，这些生物所存在的环境难以运用普通的方法对其进行观测，而高通量测序技术很好地解决了这一难题，高通量的测序技术可以在很多环境下对微生物进行测序，在水环境下同样可以很好地工作。

关键词：高通量测序技术；水环境微生物群落；DNA多样性

中图分类号：X172 文献标识码：A 文章编号：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是每一个生物身份的唯一标识，除克隆技术制造出来的产物以外，任何生物的DNA都是唯一的，并且是不可能重复的，这也成为生物学上研究生物的最佳工具。生物的DNA结构相当复杂，两条反向平行的双螺旋结构决定了每一条染色体的唯一结构，运用高通量测序技术对每一个微生物的DNA进行精准的测序，不可能发生任何误差，本文从样本准备、文库构建、测序反应以及数据分析等四个角度分析高通量测序技术在水环境微生物群落多样性中的应用。

1 样本准备

样本的准备首先要确保随机分布，只有随机分布的样本才能代表被试样本的全部情况。在对水环境微生物群落进行研究的时候，首先要确定研究的范围，这里的范围包括两个概念，首先是空间上的范围，对不同水深的环境都要随机抽取一定的微生物进行实验；还有一个就是物种的概念，对不同物种的微生物要做到随机抽取，不能“厚此薄彼”，才能保证实验的科学性[1]。

样本的准备还要保证被试样本的安全性，这里的安全不是说对调查人员有什么危害，而是要确保被试样本不受调查过程影响而发生病变。如果我们无法确保这一点，很容易会得到错误的结果。一些原本生物浓度很高的水环境，由于我们操作不当，导致一定范围内的生物大批量死去，给调查研究活动带来极大的不便，并且会造成较大的误差[2]。因此，在对水环境微生物群落进行调查测序之前，要对微生物生长的环境做出科学全面的分析，确保我们操作的過程不会影响到生物的活性，这是进行调查研究的必要前提。只有确保了每一个被试样本的相对活性，后续的调查研究活动才能有序正常的开展 [3]。

2 文库构建

文库的构建首先要求具有充足的文库资源，因此，在对水环境微生物群落的多样性进行测序分析时，必须要同步保留每一份实验资源，确保全过程被记录下来。

文库在获得足够的实验材料之后，还需要对实验材料进行进一步的分析整合，首先按照实验研究的物种分门别类的放置在文库的各个分类之中，按照物种在生物学上的分类进行排序存放是一种高效地排序方式。当然，实际进行存放的时候，如果被试样本的生物种类并不是很繁多的情况下，可以不按照生物学上给每一物种的分类按序排放，可以按照实验时的先后顺序存放试验资料，这也是一种简单高效的文库管理方式。

最后，实验完全结束之后，我们还需要对文库内部的资料定期检查，实时更新，毕竟再严谨科学实验也会有一定范围内的误差，在误差不是很大的情况下，我们是默许误差存在的，但是当误差达到一定程度以后，我们必须要进行一系列的排除误差操作，尽一切可能降低误差对实验准确性的影响[4]。后期再对实验进行进一步研究的时候，如果研究成果推翻了前期实验的结论，可以将后期实验的数据存放在文库中；如果后期的实验没能推翻前期实验的结论，则文库保持之前研究的状态；如果后期的研究成果并没有推翻前期研究的结论，但是却对前期研究结论有了新的补充说明，这时候还需要将后期实验的数据补充到前期的实验中去，以完善整个实验的科学准确性。

3 测序反应

测序反应是运用高通量测序技术对水环境微生物群落多样性进行研究的关键所在，只有确保了测序反应的准确性，才能提供正确的实验数据给文库。

具体而言，测序反应是将一定的标记标识在水环境微生物的DNA上面，并且运用一定的测序方式对DNA进行测试，带有一定荧光标识的DNA就会发出光芒，这时DNA的形状结构就很具体的展现在我们的面前了。在同时对多个微生物群落进行研究的时候，可以采用多种荧光标示同时进行的方式，对多个生物群落同时进行研究，最理想的是采用多色标识研究的方式，比如，对一定范围内的甲乙两种微生物群落进行测序反应研究的时候，可以将红色标识到甲物种的群落的DNA上去，而将蓝色标识到乙物种群落的DNA上去，在进行实际测序的时候我们肉眼就能很好地识别出这两种物种了[5]。

在进行实际测序的时候，还要考虑周围环境对测序带来的影响，比如是否因为测序导致了一定范围内的生物死亡，或者降低了生物活性。只有当我们提供了适宜的环境，确保被研究的水环境微生物群落没有因为实验行为而降低生物活性，才能继续开展下一步的实验测序活动。

4 数据分析

当一切实验完成之后，数据的分析就显得尤为重要了。当然数据分析相较于实验的其他活动而言更为简单、易操作一些，对现有的数据进行合理的分析整合也是一门艺术，如果缺乏对数据很敏锐的嗅觉，难以完成这项工作。

数据分析最关键的是要很好归纳总结各类实验数据之间的联系，总结不同的实验数据之间的相关性，将各种实验的被试样本的特征很好地记录下来，并且作为实验最终分析的重要依据。数据的分析是建立在实验的准确性数据基础之上的，如果实验没能够保证精准的数据，那么数据的分析就显得很困难了。这里，我们默认数据都是科学合理的，那么数据的分析就变得很容易了。

适度的归纳总结，是分析实验数据的最佳途径，通过对各组水环境微生物群落的DNA多态性进行研究，才能够得出科学合理的生物学实验结论，如果我们只局限于对一组数据的研究，得出的结论也只能是片面的，难以确保实验的全面性。因此，由于水环境微生物种类的繁多，在进行实验分析的时候，也要尽一切可能的保证实验的完善性，不能缺失了对某一组实验数据的分析。

5 结语

高通量测序技术作为一种重要的生物测序研究的方式，给现代生物研究带来了极大的便利性，给每一种生物多样性的测试提供了强大的技术支持，在对水环境微生物群落的多样性研究时同样发挥了巨大的作用。

参考文献

[1]杨浩，张国珍，杨晓妮等.16S rRNA高通量测序研究集雨窖水中微生物群落結构及多样性[J].环境科学，2017，38（4）：1704-1716.

[2]王林，李冰，朱健.高通量测序技术在人工湿地微生物多样性研究中的研究进展[J].中国农学通报，2016，32（5）：10-15.

[3]许颖，马德胜，宋文枫等.采用16S rDNA高通量测序技术分析油藏微生物多样性[J].应用与环境生物学报，2016，18（3）：409-414.

[4]夏围围，贾仲君.高通量测序和DGGE分析土壤微生物群落的技术评价[J].微生物学报，2014，54（12）：1489-1499.

[5]黄志涛，宋协法，李勋等.基于高通量测序的石斑鱼循环水养殖生物滤池微生物群落分析[J].农业工程学报，2016，32（11）：242-247.

收稿日期：2018-04-25

作者简介：承中雪（1984-），男，本科，中级职称，研究方向为环境微生物、环评。