高通量测序在不同领域运用研究

高通量测序在不同领域运用研究

白惠清 1 刘雪 2

长江大学 湖北 武汉 430100

摘要：随着高通量测序技术在传统测序技术上的改进及变革，使其具备了高准确性、高通量、高灵敏度等突出优势，并得以在不同领域广泛运用。本文通过阐述高通量测序技术在不同领域的运用研究，揭示不同领域运用状况，以期为高通量测序技术在微生物领域的深入探究提供有益参考。

关键词: 高通量测序；水体；土壤；人体健康；植物食品

一代测序仪存在通量低、电泳分离耗时、电泳分离不易大规模平行、成本高、样品处理复杂等局限性，高通量测序技术又称为“下一代”以微生物反应器为操作平台，对传统的测序技术进行改革，一次可以对几十万到几百万DNA分子进行序列测定。测序技术，尤其是在宏基因组学中得到大量运用其中包括基于16SRNA的微生物群落的分析、基于宏基因组的功能基因分析、基于宏转录组的群落转录调控规律分析、单细胞分离及宏基因组研究。GS FLX系是基于焦磷酸测序为原理产生的，主要依靠生物发光对DNA测序进行检测，通过检测荧光信号的强弱，以达到测序的目的。罗氏的454测序系统是最早一批出现的新一代测序系统，被广泛运用于测序植物转录组等方向。Solexa测序技术利用单分子阵列测试将DNA从细胞中提取出来，再将打断约100-200bp大小，并将接头连接到片段上，经PCR扩增后得到Library，具备高准确性、高通量、高灵敏度等突出优势。SOLiD它以四色荧光标记寡核苷酸的连续连接合成为基础，取代了传统的聚合酶连接反应，可对单拷贝DNA片段进行大规模扩增及高通量测序，其双碱基纠正策略进一步提高了精准度。本文通过阐述高通量测序技术在不同领域的运用研究结果，以期为高通量测序技术在微生物领域的深入探究提供有益参考。

1.高通量测序技术在不同领域研究状况

1.1水体污染

水是地球上所有生命存活的基础，没有水，一切生命将不复存在，然而随着社会经济的发展，大量的工业废水、人为垃圾、农药的使用使大量水体遭受严重污染。

李军基于高通量测序技术通过对北京市琉璃河地区地下水污染状况进行调查研究，发现地下水存在与反硝化作用和硫酸盐还原作用相关的微生物，推断出西北部污染较重的地区具有NO3- 和SO4-生物自然衰减的潜力，所测得得微生物菌群可为地下水污染的生物修复提供数据支撑。张燕灵等人通过高通量测序技术对沙湖水体的细菌群落结构和多样性进行测试，为深入认识湖泊的生物地球化学循环提供参考。刘国新等人通过对焦化废水原水中接种市政污泥，观察微生物群落结构组成及多样性变化的响应关系，以期来探究焦化废水对微生物的毒性的抑制及微生物对焦化废水的适应过程。

1.2土壤污染

随着土壤污染状况的广泛关注，前人对土壤物然微生物群落结构的变化及代谢产物进行了广泛研究。

祁燕云等人通过高通量测序技术对微生物修复石油污染土壤过程中的微生物结构变化进行研究，发现了假单胞菌属为土壤的优势菌属，生物强化修复能够引起土壤菌群多样性结构变化，其结果旨在为土壤石油污染的修复提供理论借鉴意义。孔维宝等人为测得树龄和土壤质地对油橄榄根际土壤微生物真菌群落和细菌群落的影响，对陇南市武都区油橄榄根际微生物多样性进行高通量测序，发现对真菌群落影响大于细菌群落。

1.3人体健康

杨婕等人为探求加速康复外科（ERAS）管理流程对结直肠癌患者肠道菌群的影响，以抽样调查华西医院结直肠患者为研究对象，将结直肠癌患者分为两组，并基于OUT聚类结果进行生物信息学分析，ERAS流程不会对肠道菌群的多样性造成影响，对肠道菌结构有一定损害，但相比较传统流程，更有利于肠道微生物环境的重建。谢国群等人通过对复旦大学附属肿瘤医院和上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院收治的31例胰腺癌湿热证患者进行调查研究，以探讨肠道菌群与胰腺癌发病的关联，为临床整治提供新思路为目的，以高通量测序技术为检测手段，得出与正常人相比胰腺癌湿热证患者体内存在肠道菌群结构失调及功能变异的结果

1.4植物食品

任氢欣等人为确定大豆生长过程中根际土壤真菌群落组成及其影响因素，以栽培品种和野生品种大豆为供试植物，利用高通量测序技术对大豆不同时期根际土壤进行测定，发现大豆不同生长时期的改变影响根际真菌群落的变化，研究为大豆生长土壤质量状况及微生态效应提供理论依据。刘洋等人以自然发酵的四川辣椒酱为研究对象，以高通量测序技术为研究手段，探究在辣椒酱发酵过程中细菌群落的多样性和演替规律，以期为提高辣椒酱品质及安全性提供理论依据，结果发现在发酵过程中主要有厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门等菌门，表明辣椒酱自然发酵过程中存在微生物卫生实用问题。

2展望

高通量测序技术的广泛运用为研究微生物在不同领域的多样性及结构变化提供了技术支撑，也为未来微生物发展方向的深入探究提供了可能。大量的科学研究及实践操作为人类的改善人居生存环境、食品安全等方面提供了有益借鉴，为自然科学的进步作出不可估量的伟大贡献。

参考文献

[1] 张燕灵,李靖宇,刘建利,刘雅琴,张翼飞,赵吉,邓蔚.基于高通量测序技术对沙湖水体细菌多样性的分析[J].生物学杂志,2017,34(06):56-59.

[2] 刘国新,吴海珍,孙胜利,胡肖怡,吴晓英,陈华勇,范一文,胡成生,韦朝海.市政污泥接种焦化废水好氧降解能力及微生物群落演替的响应分析[J].环境科学,2017,38(09):3807-3815.DOI:10.13227/j.hjkx.201702146

[3] 李军.高通量测序技术及其在地下水污染研究中的应用[D].中国地质科学院,2018.

[4] 祁燕云,吴蔓莉,祝长成,叶茜琼,徐会宁.基于高通量测序分析的生物修复石油污染土壤菌群结构变化[J].环境科学,2019,40(02):869-875.DOI:10.13227/j.hjkx.201805174

[5] 孔维宝,霍焕燃,陈冬,白万明,牛世全.基于高通量测序技术分析武都油橄榄根际土壤微生物多样性[J].西北师范大学学报(自然科学版),2020,56(06):75-82.DOI:10.16783/j.cnki.nwnuz.2020.06.013

[6] 杨婕,贺育华,蒋理立.基于高通量测序技术分析加速康复外科管理流程对结直肠癌患者肠道菌群的影响[J/OL].中国普外基础与临床杂志:1-6[2020-10-23 16:32].

[7] 谢国群,张院辉,郭晓冬,韩慧,周小翠,花永强,钱鹏.基于高通量测序技术的胰腺癌湿热证患者肠道菌群结构差异与功能变异研究[J].上海中医药杂志,2019,53(12):9-16.DOI:10.16305/j.1007-1334.2019.12.003

[8] 任氢欣,曾齐,张必弦,刘秀林,王继华.基于高通量测序的大豆不同生长期根际真菌群落动态变化研究[J/OL].分子植物育种:1-14[2020-07-16 14:49].

[9] 刘洋,丁悦,孙劲松,潘攀,刘力嘉,张雅琳,王新惠.基于高通量测序对四川辣椒酱自然发酵过程中细菌群落结构演替规律的研究[J/OL].食品工业科技:1-13[2020-06-15 11:48]