酵母的分子生物学鉴定

生物技术通报

ＢＩＯＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＢＵＬＬＥＴＩＮ

・技术与方法・

２００８年第５期

收稿日期：２００８－０３－１４

基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３）项目基金（２００３ＡＡ２１４０６１，２００６ＡＡ０２０２０３）

作者简介：唐玲（１９８３－），女，硕士研究生，研究方向：分子生物学；Ｅ－ｍａｉｌ：ｔａｎｇｌｉｎｇ１０１４９９＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：闫云君（１９６９－），男，教授，博士生导师；Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｙｕｎｊｕｎ＠ｔｏｍ．ｃｏｍ；Ｔｅｌ：（０２７）８７７９２２１４

酵母种类繁多，不仅作为一种重要的工业微生物被广泛应用于各个领域，近年来，人们还利用酵母发酵来生产抗生素，维生素和酶等高附加值的产品，但酵母也会引发食物、制造物的腐坏变质，从而给人们带来巨大的经济损失，有的酵母还是人体和动物的致病菌（如，Ｃａｎｄｉｄａａｌｂｉｃａｎｓ）。近两个世纪以来，酵母菌分类主要依据形态学鉴定和生理生化特性。目前，已发展起来各种用于酵母快速检测的商业化的试剂盒，可实现部分酵母（多是针对导致疾病的部分致病酵母）的鉴定，但是该类试剂盒对酵母的检测不仅费时，而且鉴定结果准确性不高。由于受到环境因素的影响，某些酵母菌属、种在形态学及生理生化特性方面差异极不显著，在这样的背景下，以化学为基础的分类法建立起来，通过细胞壁的成份、生物合成以及同功酶电泳图谱分析来

对酵母进行分类鉴定。现在，随着分子生物学的发展，ＤＮＡ－ＤＮＡ杂交，染色体组型分析（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ

ｋａｒｙｏｔｙｐｉｎｇ），染色体ＤＮＡ的限制性片段长度的多

态性分析（ＲｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎＦｒａｇｍｅｎｔＬｅｎｇｔｈＰｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍａ

ｏｆｃｈｒｏｍｏｓｏｍａｌＤＮＡ），线粒体ＤＮＡ（ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌＤＮＡ）及核糖体ＤＮＡ序列分析（ｒｉｂｏｓｏｍａｌＤＮＡｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ），实时ＰＣＲ（ｒｅａｌ－ｔｉｍｅＰＣＲ），基因芯片

（ｇｅｎｅｃｈｉｐｓ）等分子生物学的方法广泛地应用于酵母的鉴定中。分子生物学的方法不仅能够快速的将各种酵母鉴定到属或种，而且鉴定的结果精确度更高。随着数据库中分子信息量的增加，近年来应用分子生物学技术鉴定酵母菌种的研究越来越广泛。

１核糖体ＤＮＡ鉴定法

核糖体ＤＮＡ普遍存在于生物中，真核生物的

核糖体ＲＮＡ中包括２６Ｓ、１８Ｓ、５．８Ｓ和５Ｓ４种不同

酵母的分子生物学鉴定

唐玲

刘平黄瑛杨江科闫云君

（华中科技大学生命科学与技术学院分子生物物理教育部重点实验室，武汉４３００７４）

摘

要：

酵母种类繁多，与人类的关系极其密切，但目前由于研究方法的不同，对于酵母的分类还存在着不同的分

类体系。而准确快速的对酵母进行鉴定，既可以有效防止食品腐化变质，又可以增加经济效益，同时也为酵母的分类鉴定奠定一定的理论基础。对常用的核糖体ＤＮＡ鉴定法、ＤＮＡ指纹图谱鉴定、脉冲场电泳鉴定、实时ＰＣＲ和基因芯片等分子生物学鉴定方法在酵母鉴定工作中的研究情况进行了比较。

关键词：

核糖体ＤＮＡ

ＤＮＡ指纹图谱脉冲场凝胶电泳实时ＰＣＲ基因芯片

ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｉｏｌｏｇｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＹｅａｓｔ

ＴａｎｇＬｉｎｇＬｉｕＰｉｎｇＨｕａｎｇＹｉｎｇＹａｎｇＪｉａｎｇｋｅＹａｎＹｕｎｊｕｎ

（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｉｏｐｈｙｓｉｃｓ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｙｅａｓｔｓｈａｖｅｗｉｄｅｒａｎｇｅａｎｄａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｈｕｍａｎｂｅｉｎｇｓ．Ｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｓｏｍｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｏｆ

ｙｅａｓｔｓｂａｓｅｄｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｓ．Ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｆｉｎｄａｎａｃｃｕｒａｔｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍｅｔｈｏｄｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｙｅａｓｔｓ，ｔｈｕｓｂｅｉｎｇａｂｌｅｔｏｐｒｅｖｅｎｔｆｏｏｄｃｏｒｒｕｐｔｉｏｎ，ａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｅｃｏｎｏｍｉｃｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ａｌｓｏ，ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｏｕｌｄｂｅｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｙｅａｓｔ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｒｉｂｏｓｏｍａｌＤＮＡ，ＤＮＡｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ，ｐｕｌｓｅｄｆｉｅｌｄｇｅｌｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，ｒｅａｌ－ｔｉｍｅＰＣＲａｎｄｇｅｎｅｃｈｉｐｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

ＲｉｂｏｓｏｍａｌＤＮＡＤＮＡｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇＰｕｌｓｅｆｉｅｌｄｇｅｌｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓＲｅａｌｔｉｍｅＰＣＲ

Ｇｅｎｅｃｈｉｐｓ

２００８年第５期

沉降系数的核糖体ＲＮＡ片段，它们分别对应的基因片段既具有遗传上的相对稳定性，同时由于各种原因具有一定的突变，使它们作为一种良好的生物分类鉴定材料得到广泛的重视。早期一般选取大小适中的１８Ｓ序列作为鉴定的标准，随后２６Ｓ的Ｄ１／Ｄ２区序列和ＩＴＳ序列也被用于应用于鉴定工作中（图１）。

１．１２６ＳｒＤＮＡ的Ｄ１／Ｄ２序列

２６ＳｒＤＮＡ５＇末端有一个长约６００ｂｐ的Ｄ１／Ｄ２序列，根据Ｐｅｔｅｒｃｏｎ［１］对核苷酸序列可变区Ｄ２的多态性分析，发现这一区域在同种间的该区域核苷酸的差异小于１％，而不同种之间的差异通常远远大于这个数据，这一试验结果表明可以利用２６ＳｒＤＮＡ的Ｄ２区域进行引物设计ＮＬ１（５′－ＧＣＡＴＡＴＣＡＡＴＡＡＧＣＧＧＡＧＧＡＡＡＡＧ－３′）和ＮＬ４（５′－ＧＧＴＣＣＧＴＧＴＴＴＣＡＡＧ－３′）扩增２６ＳｒＤＮＡＤ２区基因片段，根据同源性序列来对待测酵母进行分类。该方法已经作为一种酵母分类和鉴定的方法被人们广泛采用。通过Ｋｕｒｔｚｍａｎ等［２］在子囊类酵母２６Ｓ大亚基的研究以及Ｆｅｌｌ等［３］对担子酵母和类酵母真菌２６Ｓ大亚基的研究，基于２６Ｓ的Ｄ１／Ｄ２的酵母鉴定数据库初步形成。目前绝大多数酵母菌种模式菌株的２６ＳｒＤＮＡ大亚基序列已被测定和公布，对于鉴定提供了很大的帮助。因此，现在广泛采用这种方法进行酵母菌的鉴定［４］。但是Ｋｕｒｔｚｍａｎ与Ｆｅｌｌ在利用该方法进行鉴定工作中发现，有的亲缘关系很接近的种类仍旧没有办法进行明确的鉴定。为此，分别引入了ＤＮＡ杂交和ＩＴＳ的方法对鉴定工作中有分歧或不确定的种类进行进一步的确证。

１．２１８ＳｒＤＮＡ基因序列

１８ＳｒＤＮＡ作为一种经典的鉴定方式在真菌的鉴定工作中占有重要作用。用于扩增１８Ｓ片段的ＰＣＲ引物是根据真菌１８Ｓ的保守区域设计。常用的引物：正向引物：５＇－ＣＣＡＡＣＣＴＧＧＴＴＧＡＴＣＣＴＧＣＣＡＧＴＡ－３＇和反向引物：５＇－ＣＣＴＴＧＴＴＡＣＧＡＣＴＴＣＡＣＣＴＴＣＣＴＣＴ－３＇。通过ＰＣＲ对酵母１８ＳｒＤＮＡ片段特异性的扩增并测序，把测序结果进行多态性分析，从而将待测酵母正确的分类［５］。

１．３５．８Ｓ－ＩＴＳ

ＩＴＳ１与ＩＴＳ２属于间隔区，利用ＩＴＳ１和ＩＴＳ２的保守序列设计引物（ＩＴＳ１：５＇－ＴＣＣＧＴＡＧＧＴＧＡＡＣＣＴＧＣＧＧ－３＇，ＩＴＳ４：５＇－ＴＣＣＴＣＣＧＣＴＴＡＴＴＧＡＴＡＴＧＣ－３＇），扩增ＩＴＳ１－５．８Ｓ－ＩＴＳ２ｒＤＮＡ序列，扩增产物大小在３５０￣１０００ｂｐ不等。通过扩增产物多态性分析对酵母进行分类。Ｒｏｓａ在对Ｃａｎｄｉｄａｓｐ．中的各个种的确定中也也发现了这个缺陷，在将ＰＣＲ扩增产物比对时发现２６ＳｒＤＮＡＤ１／Ｄ２序列的特异性没有５．８Ｓ－ＩＴＳ的效果好。

１．４ＩＧＳｒＤＮＡ基因序列

ＩＧＳｒＤＮＡ处于转录间隔区，由于该区段选择压力相对较小，在进化过程中存在着比表达序列更为丰富的变异。序列差异较好地反映了种属间的系统发育关系。根据ＩＧＳｒＤＮＡ的保守区域设计引物：（２６ＳＦ：５＇－ＡＴＣＣＴＴＴＧＣＡＧＡＣＧＡＣＴＴＧＡ－３＇，５ＳＲ：５＇－ＡＧＣＴＴＧＡＣＴＴＣＧＣＡＧＡＴＣＧＧ－３＇），５７℃退火进行扩增，得到大小各异的ＩＧＳ１片段，根据片段的同源性对酵母进行分类。利用ＩＧＳ１来鉴定遗传距离近得菌株能够更加有效的将其快速便捷的分类，其种间分辨能力远大于ＩＴＳ鉴定。目前，这一方法的应用仍旧相对较少，在对同源性非常接近的种属研究中，这一方法有很大的研究前景［６］。

核糖体ＤＮＡ多态性分析越来越广泛的应用于各种微生物的鉴定工作中。其中，研究最为广泛的是２６ＳｒＤＮＡ大亚基。通过Ｋｕｒｔｚｍａｎ和Ｆｅｌｌ的努力，将子囊菌和担子菌中的大部分酵母的２６ＳＤ１／Ｄ２序列测定出来进一步的确证，并在相应数据库中公布了相关的数据资料，够迅速有效的对未知的酵母进行快捷的分类鉴定。但是２６ＳｒＤＮＡＤ１／Ｄ２序列的研究的精确性却不如５．８Ｓ－ＩＴＳ、ＩＧＳ方法。由于ＩＧＳ是处于转录间隔区，其遗传的稳定性相对较弱，从而使其在种与种之间的特异性增强，以达到快速准确鉴定的目的。现在对于ＩＴＳ和ＩＧＳ的信息有待进一步的完善。

２ＤＮＡ指纹图谱鉴定法

２．１ＩＴＳ／ＲＦＬＰ

只利用５．８Ｓ－ＩＴＳ扩增结果对于酵母进行鉴定，

图１真核生物中编码核糖体的序列（５＇－３＇）

唐玲等：酵母的分子生物学鉴定８５