论文部分内容阅读
微生物组是指占据一定界限栖息地的微生物群落的总和,它决定着群落的整体功能。深入解析微生物组的信息总量与分布规律,有望成为解决当前能源、农业、医疗等诸多难题的关键,微生物组研究正日益成为科学热点。微生物组研究不仅需要明确其种类构成,而且需要探究组内微生物之间及其与宿主或环境之间的相互作用,因此对研究方法与技术提出了更高的要求和挑战。红外光谱技术能够快速检测微生物的化学分子组成并产生特异的红外指纹图谱,因而被用于对微生物进行区分和鉴别。本论文旨在探索与发展基于同步辐射的傅里叶变换红外显微光谱技术(SR-FTIR)应用于微生物组研究的方法学。我们利用SR-FTIR技术结合主成分分析(PCA)和层次聚类分析(HCA)等生物统计学方法,分别对16种单一体系的微生物和3种微生物构成的简单复合体系进行分析,初步建立了对微生物组构成进行分类与鉴定的方法。具体结果如下:第一,建立了利用SR-FTIR技术分别在属、种和亚种水平上对单一体系的微生物组进行鉴定的方法。发现红外光谱的全谱(3000-2800,1800-900cm-1)和脂区域(3000-2800cm-1)、蛋白区域(1800-1500cm-1)、混合区域(1500-1200cm-1)、多糖区域(1200-900cm-1)的四个分谱能够分别在种和亚种的水平上对细菌进行鉴别,但在属的水平上,全谱比四个分谱有更好的分类效果。第二,建立了利用SR-FTIR技术对于单一体系的微生物组进行聚类分析的方法。发现红外光谱的1300-1000cm-1区域(主要反映核酸和细胞壁多糖组分)含有最多特异性成分,其聚类结果与细菌自身的种属分类基本相对应,可以作为细菌的红外特征指纹区域。第三,利用SR-FTIR技术对简单复合体系的微生物组模型进行检测分析并对其光谱的特征峰进行了统计比较,初步建立了利用红外光谱对二元或三元复合体系中微生物进行鉴别的方法。总之,利用SR-FTIR技术所具有的空间分辨率高、检测速度快、重复性好的特点与优势,通过与PCA和HCA等多变量统计分析方法相结合,不仅能够对微生物在不同分类水平上进行鉴别,而且可以对简单体系的微生物组进行区分,从而有望发展为一种微生物组研究的重要手段。