16S 核糖體RNA

维基媒体消歧义页

16S核糖體RNA(16S ribosomal RNA),簡稱16S rRNA,是原核生物核糖體30S亞基的組成部分。16S rRNA的長度約為1,542 nt卡爾·烏斯喬治·福克斯是率先在系統發育中使用的16S rRNA基因的兩個先驅者[2]

嗜熱棲熱菌Thermus thermophilus)的30S亞基的三維分子結構圖。分子中的淡藍色部分為蛋白質,淡橙色部分為RNA單鏈。[1]

一個細菌細胞中可包含多個具有不同序列的16S rRNA[3]

功能

編輯

已知16S rRNA具有如下幾項功能:

結構

編輯
 

通用引物

編輯

由於不同種的真細菌古細菌間的16S rRNA基因16S rDNA)是高度保守的[5],16S rDNA常被用於對各種生物進行的系統發生學方面的研究[6]這種運用16S rRNA對生物進行系統發生學研究的方法由卡爾·沃斯(Carl Woese)開創[7]。另外,粒線體葉綠體中的rRNA也都被擴增了。在獲得能提供系統發育學信息的16S rRNA分子時需要利用通用PCR引物對16S rRNA分子進行擴增。16S rRNA序列的對比分析需要在這類「通用引物」的脫氧核糖核酸分子的輔助下完成,這類分子具有如下序列:

  • 8UA正向:5'-AGA GTT TGA TCM TGG CTC AG-3'
  • 519B反向:5'-GTA TTA CCG CGG CKG CTG-3'
  • 反向:ACG GCT ACC TTG TTA CGA CTT

這類引物因並未在近期發現的幾種屬於納古菌門Nanoarchaeota)的熱液古菌[8]中分離識別出來,也被稱為准通用引物

引物名字 序列 (5'-3') 參考資料
8F(同F8或27F) AGA GTT TGA TCC TGG CTC AG [9][10]
U1492R GGT TAC CTT GTT ACG ACT T 同上
928F TAA AAC TYA AAK GAA TTG ACG GG [11]
336R ACT GCT GCS YCC CGT AGG AGT CT 同上
1100F YAA CGA GCG CAA CCC
1100R GGG TTG CGC TCG TTG
337F GAC TCC TAC GGG AGG CWG CAG
907R CCG TCA ATT CCT TTR AGT TT
785F GGA TTA GAT ACC CTG GTA
805R GAC TAC CAG GGT ATC TAA TC
533F GTG CCA GCM GCC GCG GTA A
518R GTA TTA CCG CGG CTG CTG G
27F(同F8或8F) AGA GTT TGA TCM TGG CTC AG [12]
1492R(同R1510) CGG TTA CCT TGT TAC GAC TT 同上

PCR中的應用

編輯

除了高度保守的引物結合位點之外,16S核糖體RNA基因序列包含高變區,可以提供具體物種的簽名序列用於鑑定細菌的有用的[13][14]。其結果是,16S核糖體RNA基因測序已經成為醫學微生物學普遍的作為一種快速和廉價的鑑定細菌表型方法的替代方法[15]。儘管它最初用於鑑定細菌,隨後16S測序被發現能夠重新分類細菌進入完全新的物種[16],或者甚至是屬[17][18]。它還已經被用於描述具有從未被成功培養的新物種[19][20]

16S核糖體資料庫

編輯

因為它存在於大多數微生物並顯示適當的變化,16S rRNA基因被用作分類鑑定微生物的標準。大多數細菌和古細菌的16S rRNA基因序列型菌株可在公共資料庫得到,例如NCBI資料庫。然而,在這些資料庫中發現的序列的質量往往沒有驗證。因此,只收集16S rRNA序列輔助資料庫被廣泛使用。最經常使用的資料庫如下:

1: EzTaxon英語EzTaxon Database-e. https://web.archive.org/web/20130928154318/http://eztaxon-e.ezbiocloud.net/ [21]

2:核糖體資料庫項目。http://rdp.cme.msu.edu/(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館) 核糖體資料庫項目(RDP)。

3: SILVA. [22]

4: Greengenes. Greengenes是基於新生系統發生,提供了標準的操作分類單元集的質量控制,全面的16S參考資料庫和分類。該網站的官方主頁是http://greengenes.secondgenome.com,並在Creative[失效連結] Commons許可BY-SA3.0許可[23][24]

參考文獻

編輯
  1. ^ Schluenzen F, Tocilj A, Zarivach R, Harms J, Gluehmann M, Janell D, Bashan A, Bartels H, Agmon I, Franceschi F, Yonath A 在3.3 Å解析度下具有功能活性的核糖體小亞基. Structure of functionally activated small ribosomal subunit at 3.3 angstroms resolution. Cell. 2000, 102 (5): 615–23. PMID 11007480. doi:10.1016/S0092-8674(00)00084-2. 
  2. ^ Woese, Carl R.; Kandler, O; Wheelis, M. Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya. Proc Natl Acad Sci USA. 1990, 87 (12): 4576–9 [2015-09-07]. Bibcode:1990PNAS...87.4576W. PMC 54159 . PMID 2112744. doi:10.1073/pnas.87.12.4576. (原始內容存檔於2008-06-27). 
  3. ^ Case RJ, Boucher Y, Dahllöf I, Holmström C, Doolittle WF, Kjelleberg S. Use of 16S rRNA and rpoB genes as molecular markers for microbial ecology studies. Appl. Environ. Microbiol. 2007-01, 73 (1): 278–88. PMC 1797146 . PMID 17071787. doi:10.1128/AEM.01177-06. 
  4. ^ 4.0 4.1 聶劍初、吳國利、張翼伸、楊紹鍾、劉鴻銘. 生物化学简明教程. 北京: 高等教育出版社. 1996年6月: 59. ISBN 7-04-007259-9. (2002年重印). 
  5. ^ Coenye T, Vandamme P. 在已测序细菌基因组中的多种16S rRNA操纵子的基因内接合的不均一性. FEMS Microbiol. Lett. 2003-11, 228 (1): 45–9. PMID 14612235. doi:10.1016/S0378-1097(03)00717-1. 
  6. ^ 系統發育學研究中對16S rDNA擴增的運用頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)W G Weisburg, S M Barns, D A Pelletier and D J Lane; J Bacteriol. 1991 January; 173(2): 697-703
  7. ^ Woese, C. R.; Fox, G. E. Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: The primary kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences (Proceedings of the National Academy of Sciences). 1977-11-01, 74 (11): 5088–5090. ISSN 0027-8424. doi:10.1073/pnas.74.11.5088. 
  8. ^ Huber H, Hohn MJ, Rachel R, Fuchs T, Wimmer VC, Stetter KO. 一个新发现的由一个纳米嗜热古菌的共生体代表的古菌门. Nature. 2002, 417 (6884): 63–7 [2010-12-12]. PMID 11986665. doi:10.1038/417063a. (原始內容存檔於2019-08-21). 
  9. ^ Eden PA, Schmidt TM, Blakemore RP, Pace NR. Phylogenetic Analysis of Aquaspirillum magnetotacticum Using Polymerase Chain Reaction-Amplified 16S rRNA-Specific DNA. Int J Syst Bacteriol. 1991, 41 (2): 324–325. PMID 1854644. doi:10.1099/00207713-41-2-324. 
  10. ^ Universal Bacterial Identification by PCR and DNA Sequencing of 16S rRNA Gene. PCR for Clinical Microbiology, 2010, Part 3, 209-214. [2015-09-07]. (原始內容存檔於2019-08-21). 
  11. ^ Weidner S, Arnold W, Pühler A. Diversity of uncultured microorganisms associated with the seagrass Halophila stipulacea estimated by restriction fragment length polymorphism analysis of PCR-amplified 16S rRNA genes (PDF). Appl Env Microbiol. 1996, 62 (3): 766–71 [2015-09-07]. (原始內容 (PDF)存檔於2011-05-16). 
  12. ^ Jiang, H.; Dong, H.; Zhang, G.; Yu, B.; Chapman, L. R.; Fields, M. W. Microbial Diversity in Water and Sediment of Lake Chaka, an Athalassohaline Lake in Northwestern China. Applied and Environmental Microbiology. 2006, 72 (6): 3832–3845. PMC 1489620 . PMID 16751487. doi:10.1128/AEM.02869-05. 
  13. ^ Pereira, F.; Carneiro, J.; Matthiesen, R.; van Asch, B.; Pinto, N.; Gusmao, L.; Amorim, A. Identification of species by multiplex analysis of variable-length sequences. Nucleic Acids Research. 2010-10-04, 38 (22): e203–e203 [2015-09-07]. doi:10.1093/nar/gkq865. (原始內容存檔於2016-05-04). 
  14. ^ Kolbert, CP; Persing, DH. Ribosomal DNA sequencing as a tool for identification of bacterial pathogens. Current Opinion in Microbiology. June 1999, 2 (3): 299–305. PMID 10383862. doi:10.1016/S1369-5274(99)80052-6. 
  15. ^ J. E. Clarridge III. Impact of 16S rRNA gene sequence analysis for identification of bacteria on clinical microbiology and infectious diseases. Clin Microbiol Rev. 2004, 17 (4): 840–862. PMC 523561 . PMID 15489351. doi:10.1128/CMR.17.4.840-862.2004. 
  16. ^ Ting Lu, Peter G. Stroot, Daniel B. Oerther. Reverse Transcription of 16S rRNA To Monitor Ribosome-Synthesizing Bacterial Populations in the Environment. Appl Environ Microbiol. 2009, 75 (13): 4589–4598. PMC 2704851 . PMID 19395563. doi:10.1128/AEM.02970-08. 
  17. ^ Weisburg WG, Barns SM, Pelletier DA, Lane DJ. 16S ribosomal DNA amplification for phylogenetic study. J Bacteriol. 1991, 173 (2): 697–703. PMC 207061 . PMID 1987160. 
  18. ^ Brett P J, DeShazer D, Woods DE. Burkholderia thailandensis sp. nov., a Burkholderia pseudomallei-like species. Int J Syst Bacteriol. 1998, 48 (1): 317–320. PMID 9542103. doi:10.1099/00207713-48-1-317. 
  19. ^ Schmidt TM, Relman DA. Phylogenetic identification of uncultured pathogens using ribosomal RNA sequences. Methods Enzymol. Methods in Enzymology. 1994, 235: 205–22. ISBN 978-0-12-182136-4. PMID 7520119. doi:10.1016/0076-6879(94)35142-2. 
  20. ^ Gray JP, Herwig RP. Phylogenetic analysis of the bacterial communities in marine sediments. Appl Environ Microbiol. 1996, 62 (11): 4049–59. PMC 168226 . PMID 8899989. 
  21. ^ Chun, J.; Lee, J.-H.; Jung, Y.; Kim, M.; Kim, S.; Kim, B. K.; Lim, Y. W. EzTaxon: a web-based tool for the identification of prokaryotes based on 16S ribosomal RNA gene sequences. Int J Syst Evol Microbiol. 2007, 57: 2259–2261. doi:10.1099/ijs.0.64915-0. 
  22. ^ Elmar Pruesse, Christian Quast, Katrin Knittel, Bernhard M. Fuchs, Wolfgang Ludwig, Jörg Peplies, Frank Oliver Glöckner (2007) Nucleic Acids Res. SILVA: a comprehensive online resource for quality checked and aligned ribosomal RNA sequence data compatible with ARB. December; 35(21): 7188–7196.
  23. ^ DeSantis, T. Z.; Hugenholtz, P.; Larsen, N.; Rojas, M.; Brodie, E. L.; Keller, K.; Huber, T.; Dalevi, D.; Hu, P.; Andersen, G. L. Greengenes, a Chimera-Checked 16S rRNA Gene Database and Workbench Compatible with ARB. Appl Environ Microbiol. 2006, 72: 5069–72. doi:10.1128/aem.03006-05. 
  24. ^ McDonald, D; Price, MN; Goodrich, J; Nawrocki, EP; DeSantis, TZ; Probst, A; Andersen, GL; Knight, R; Hugenholtz, P. An improved Greengenes taxonomy with explicit ranks for ecological and evolutionary analyses of bacteria and archaea. ISME. 2011, 6: 610–618. doi:10.1038/ismej.2011.139. 

外部連結

編輯