Gordonia????????????????

Document Sample
Gordonia???????????????? Powered By Docstoc
					Gordonia 菌屬放線菌之分子偵測、分類及鑑定
      Molecular detection, classification and
identification of members of the genus Gordonia

                            沈佛亭、楊秋忠*
                  Fo-Ting Shen and Chiu-Chung Young*

                      國立中興大學土壤環境科學系
   Department of Soil and Environmental Sciences, National Chung Hsing
                       University, Taichung, Taiwan


                                 摘要
  Gordonia(戈登氏菌)菌屬是近年來逐漸受到環境污染處理的重視,且廣泛被
研究的一屬放線菌。此屬之微生物具有降解多環類芳香族碳氫化合物的特性,在
生物復育上扮演重要角色。篩選 Gordonia 分離株不但可開發新放線菌資源,並
且了解此類放線菌之分布及在生態中的角色,此外研究 Gordonia 屬內菌種之親
緣關係,有助於了解各菌種之演化地位,並提供土壤中可靠且快速之鑑定結果。
本研究為加速環境中 Gordonia 菌種之篩選,利用 16S rRNA 基因作為標的,設計
Gordonia 菌屬特異性引子,並配合聚合酶連鎖反應(PCR)之快速偵測技術鑑定此
類放線菌。此外為提高對 Gordonia 16S rDNA 序列相似度極高菌種間(大於 99%)
之鑑別能力,本研究首度設計針對 Gordonia 放線菌 gyrB 基因之 PCR 增殖及定
序引子,探討演化標誌基因 16S rRNA 與 gyrB 基因在 Gordonia 菌種間與不同分
離株間之差異性。研究結果顯示,利用 G268F/G1096R 及 G699F/G1134R 兩組
Gordonia 菌屬特異性引子,可有效區別 Gordonia 菌屬與其他放線菌菌屬,並且
利用此偵測技術已從台灣分離出 36 株 Gordonia 分離株。經多序列分析比對軟體
計算並比較 gyrB 基因序列,可知 Gordonia 菌屬與 7 種鄰近放線菌的 gyrB 基因
                   ,                               ,
序列相似度介於 72.8-82.1% 而在 16S rDNA 序列相似度則介於 90.0-95.4% gyrB
基因可明顯區分 Gordonia 菌屬與其他屬之放線菌。在 Gordonia 菌種間之差異研
究中則發現 12 種 Gordonia gyrB 基因序列相似度介於 79.3%-97.2%,16S rDNA
的序列相似度為 96.2%-99.7%,可知 Gordonia 放線菌的 16S rDNA 保留性極高,
較難利用此基因序列進行菌種間之區分。gyrB 基因之變異程度無論是在菌屬、
菌種甚至各分離株間均較 16S rRNA 基因大。本研究之結果將可利用 gyrB 基因
作為 Gordonia 菌種快速鑑定之依據,若兩菌株之 16S rDNA 序列相似度大於
99.7%、gyrB 基因相似度大於 97.2%,則判定兩菌株為相同菌種。本研究利用上
述兩基因序列相似度初步判定 4 株本土 Gordonia 新菌種之分類地位,其中分離
株 CC-AB07 經由生理生化特性及化學組成分析,已確認為本土 Gordonia 新菌
種。此外利用菌屬特異性引子配合變性梯度凝膠電泳(DGGE),成功應用至泡沫
污水中 Gordonia 族群之分析,未來將探討 Gordonia 在環境中之族群多樣性。


                                      Abstract
     The importance of the emerging genus Gordonia in industrial and environmental
biotechnology is well evidenced from recently increasing publications and patents.
But, due to the limitations with isolation or detection techniques, explorations of the
valuable Gordonia members are restricted. This motivated us to design genus-specific
oligonucleotides primer pairs which can assist in rapid detection of species of the
genus Gordonia by means of PCR-specific amplification. Members of the
metabolically diverse genus Gordonia were isolated from various biotopes including
pristine and polluted sites around Taiwan. Identification, comparison and diversity
assessment based on gyrB gene were carried out using a newly developed primer pair
for gyrB gene and 16S rRNA gene was also sequenced for comparison. The Gordonia
specific 16S rDNA fragment (829 bp or 436 bp) was successfully amplified for all the
reference Gordonia species with the designed primer pair G268F/G1096R or
G699F/G1134R whereas, no amplification was noted for closely-related species from
other genera. The genus specificity was validated with 47 strains including wild type
isolates. Preliminary screening of soil samples with Gordonia-specific primers was
successful in the rapid detection of the presence of 36 Gordonia wild-type isolates. A
1.2 kb fragment of the gyrB gene of 17 Gordonia strains including type strains were
determined by direct sequencing of PCR amplified fragments. Total 25 strains (8 were
retrieved from public database) of genus Gordonia form a distinct phyletic line in the
gyrB-based tree and are separated from other closely-related species of genera to
suborder Corynebacterineae. Sequence similarity of gyrB sequence from twelve
Gordonia type strains ranged from 79.3% to 97.2%, corresponding to 270-41
nucleotide differences while there was only 0.3-3.8% difference in 16S rRNA gene
sequence similarity at the interspecies level. Phylogenetic analysis based on gyrB
gene is consistent with those of 16S rDNA tree and provided a better discrimination
within the species of Gordonia compared to 16S rRNA gene. The present study
demonstrates that gyrB gene analysis will aid in describing novel species belonging to
the genus Gordonia. The detection and analyses of Gordonia populations within
complex microbial communities were achieved precisely and rapidly by PCR-DGGE
method and provide better assessment of the species diversity of Gordonia in the
environment.
本類群所採用之分類系統為細菌種,已自台灣分離之 Gordonia 菌種列舉如下
拉丁名                                    中文名
Gordonia alkanivorans                  烷源戈登氏菌
Gordonia amicalis                      和善戈登氏菌
Gordonia hirsuta                       披發戈登氏菌
Gordonia namibiensis                   納米比亞戈登氏菌
Gordonia terrae                        臺式戈登氏菌
Gordonia malaquae                      污水戈登氏菌(台灣新菌種)
Gordonia soli                          土壤戈登氏菌(台灣新菌種)


形態特徵描述,目前全球及台灣已知物種數
Gordonia 為好氣性革蘭氏陽性菌,不具移動性,具催化酶活性之放線菌,在顯微
鏡檢下呈短桿狀排列,不會產生孢子。菌落型態呈現光滑黏稠或不規則粗糙狀,
菌落顏色包括白色、黃色、橘紅色或粉紅色(Arenskötter et al., 2004)。
目前全球已知 Gordonia 菌屬內之菌種共 25 種,包括兩株自台灣分離之新菌種
Gordonia malaquae 及 Gordonia soli (Shen et al., 2006; Yassin et al., 2007)。目前已
自台灣分離之 Gordonia 菌種包括 Gordonia alkanivorans、Gordonia amicalis、
Gordonia hirsuta、Gordonia malaquae、Gordonia namibiensis、Gordonia soli、
Gordonia terrae 共 7 菌種。


台灣過去重要分類研究之簡述
2005 年沈與楊針對 Gordonia 菌屬設計一特異性引子,並應用至環境樣品中
Gordonia 菌屬之偵測,加速了環境中 Gordonia 分離株之篩選(Shen and Young,
2005)。2006 年沈等人利用 gyrB 基因探討 Gordonia 菌種間之基因變異性,提出
可利用 gyrB 區別親緣關係極接近之 Gordonia 菌種與環境分離株(Shen et al.,
2006),並利用多相分類學研究策略提出一株本土新菌種並命名為 Gordonia soli
(Shen et al., 2006),2007 年沈等人則利用 Gordonia 菌屬專一性偵測之變性梯度凝
膠電泳分析,研究活性污泥池污水中之 Gordonia 族群種類(Shen et al., 2007),並
提出一株本土新菌種並命名為 Gordonia malaquae (Yassin et al., 2007)。目前已自
台灣分離 7 菌種,其中包括兩株自台灣分離之 Gordonia 新菌種。


台灣目前的分類專家人數及分布現況
針對放線菌微生物資源進行系統性分類之研究團隊包括:
國立中興大學土壤環境科學系楊秋忠教授研究團隊
財團法人食品工業發展研究所生物資源保存及研究中心研究團隊


台灣目前研究現況(人力、物力等)
同上
是否有外來種,其研究及保育現況為何?
無


是否有化石種、已滅絕種、及瀕危種或保育類
無


目前標本保存現況、分布、資料庫之建置狀況,是否有酒精及液氮組織標本、生
命條碼狀況
自台灣分離之 Gordonia 菌株均保存於國立中興大學土壤環境科學系楊秋忠教授
研究室內,包括以 4℃固體斜面培養基保存、-20℃及-80℃低溫冷凍甘油管保存,
並由沈佛亭博士後研究員進行資料庫之建立及維護。


本類群在生態上,或在農林漁牧上之重要性或經濟價值
目前已發現的 Gordonia 菌種具有分解脂肪族碳氫化合物或芳香族碳氫化合物之
能力,此類放線菌亦可在油污土壤中穩定存在,故可應用於油污土壤及有機污染
土壤中之生物復育。


國際上目前名錄或物種資料庫之現況與未來可能之合作
國際認可之標準 Gordonia 菌種名列於德國生物物質國家資源中心(Deutsche
Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen, DSMZ)之細菌命名(Bacterial
Nomenclature)資料庫中。本研究室未來期能與國內之生物資源保存及研究中心或
國外菌種中心進行合作,共同開發新菌種、微生物資源之保存及資料庫共享。


                                     參考文獻
沈佛亭。2006。Gordonia菌屬放線菌之分子偵測、分類及鑑定。國立中興大學土
  壤環境科學系博士論文。P.208。
Arenskötter, M., Bröker, D., and Steinbüchel, A. (2004). Biology of the metabolically
    diverse genus Gordonia. Appl. Environ. Microbiol. 70:3195-3204.
Shen, F. T., and Young, C. C. (2005). Rapid detection and identification of the
    metabolically diverse genus Gordonia by 16S rRNA-gene-targeted
    genus-specific primers. FEMS Microbiol. Lett. 250:221-227.
Shen, F. T., Lu, H. L., Lin, J. L., Huang, W. S. Arun, A. B., and Young, C. C. (2006).
    Phylogenetic analysis of members of the metabolically diverse genus Gordonia
    based on proteins encoding the gyrB gene. Res. Microbiol. 157:367-375.
Shen, F. T., Huang, H. R., Arun, A. B., Lu, H. L., Lin, T. C., Rekha, P. D., and Young,
    C. C. (2007). Detection of filamentous genus Gordonia in foam samples using
     genus-specific primers combined with PCR-denaturing gradient gel
     electrophoresis analysis. Can. J. Microbiol. 53:768-774.
Shen, F. T., Goodfellow, M., Jones, A. L., Chen, Y. P., Arun, A. B, Lai, W. A., Rekha,
     P. D., and Young, C. C. (2006). Gordonia soli sp. nov., a novel actinomycete
     isolated from soil. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 56:2597-2601.
Yassin, A. F., Shen, F. T., Hupfer, H., Arun, A. B., Lai, W. A., Rekha, P. D., and Young,
     C. C. (2007). Gordonia malaquae sp. nov., isolated from sludge of wastewater
     treatment plant. International Journal of Systematic and Evolutionary
     Microbiology. 57:1065-1068.
Young, C. C., Lin, T. C., Yeh, M. S., Shen, F. T., and Chang, J. S. (2005).
    Identification and kinetic characteristics of an indigenous diesel-degrading
    Gordonia alkanivorans strain. World J. Microbiol. Biotechnol. 21:1409-1414.

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:19
posted:5/4/2012
language:English
pages:5