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ERIC-PCR的研究进展

刘博婷

（韶关学院生物科学系，广东韶关512005）

摘要：肠道细菌基因间重复序列（enterobacterialrepetitiveintergenicconnsus,ERIC）是主要存在于肠道细菌的一类基因

间重复序列。ERIC-PCR技术是利用ERIC核心的高度保守序列设计引物进行PCR，因此，通过这一技术扩增基因组

DNA，构建DNA指纹图谱，能广泛用于肠道微生物动态分析、微生物分类鉴定等方面的研究。

关键词：ERIC；ERIC-PCR；研究进展

中图分类号：Q93文献标识码：A文章顺序编号：1672-5190（2010）08-0049-03

RearchProgressinEnterobacterialRepetitiveIntergenicConnsus-PCR

LIUBo-ting

（DepartmentofBiologicalSciences,ShaoguanUniversity，Shaoguan512005,China）

Abstract：Enterobacterialrepetitiveintergenicconnsus(ERIC)isakindofintergenicrepetitivequencesthatexistspredominantlyin

-PCRisatechniquewithpr

methodisudtoamplifygenomicDNAandconstructDNAprofile,anditcanbeappliedindynamicanalysisofentericmicroorganisms

aswellasclassificationandidentificationofmicroorganisms.

Keywords：ERIC;ERIC-PCR;rearchprogress

ERIC是主要存在于多种细菌基因组中的串联重复序

列。ERIC首先在大肠杆菌（Escherichiacoli）中发现，后来又

在多种其他细菌中发现。ERIC长126bp，有的还有插入序

列。绝大多数ERIC都可以转录mRNA形成茎环结构，ERIC

局限于基因组可转录区，即多顺反子操纵子基因间区域，或

开放阅读框架上、下游非翻译区。ERIC-PCR技术是利用

ERIC核心的高度保守序列设计引物进行PCR，它可以有效

收稿日期：2010－07－22

作者简介：刘博婷（1981—），女，助教，主要研究方向为分子生

物学。

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AnimalHusbandryandFeedScience畜牧与饲料科学2010，31（8）:49-51

地同时平行分析不同生态系统结构差异以动态监测同一生

态系统微生物群落结构的变化，同时这一技术已经运用到

对动物肠道菌群的研究上［1］。

1ERIC概述

1.1ERIC的发现与分布1990年，Sharples等［2］在分析大

肠杆菌tls基因组中的3′末端时首次发现了一种基因间重

复序列（intergenicrepetitiveunit，IRU）。随后，Hulton等［3］也

鉴定出了相同的重复序列，并命名为ERIC（enterobacterial

repetitiveintergenicconnsus），即肠杆菌基因间保守重复序

列。曹又方等［4］对46个已测序的菌株进行全基因组序列搜

索，结果表明，ERIC主要存在于肠道细菌基因组间，并且在

含有该序列的细菌基因组中，序列的重复频率差异也很大。到目

前为止，未在真菌、噬菌体、真核生物中发现该序列［2，5］。

1.2ERIC结构和功能ERIC序列长约124~127bp，定位

于基因组中可转录的非编码区域与转录有关的区域内，但

与编码序列没有特定的关系，其中包含几个反向重复序列。

在其中心存在高度保守长约40bp的核心序列［6］。

ERIC的功能目前还不太清楚，只是根据它的结构作了

一些猜测。认为位于基因3′末端的ERIC可能由于形成二

级结构后，其茎环结构防止外切核酸酶对基因3′末端的降

解，促进上游基因的表达。ERIC在基因组间的位置和拷贝

数具有种属特异性，可能该序列本身就为DNA提供某些结

构或功能相关的信息，这些信息被核酸代谢相关的特定蛋

白识别，从而影响核酸的代谢，或者提供位点用于在类核中

组织染色体。大多数ERIC是可以转录的，在mRNA中的茎

环结构可能干扰核糖体与之结合进而影响翻译的进行。

ERIC可能通过促进基因的重新排列或者为基因重组提供

不稳定位点来影响整个基因组的稳定性［2］。

2ERIC-PCR的建立

ERIC-PCR是在随机引物PCR（RAPD）的基础上发展

起来的对细菌DNA进行指纹图谱分析的一种方法。

Versalovic等［7］以ERIC的核心序列设计了一对反向引物

（ERIC1：5′-ATGTAAGCTCCTGGGGATTCAC-3′，ERIC2：5′-

AAGTAAGTGACTGGGGTGAGCG-3′），认为ERIC-PCR扩

增的是2个相邻的ERIC保守序列之间的区域，由于不同的

细菌基因组上的ERIC重复序列的数目和分布不同，从而得

到由一系列不同大小片段组成的DNA指纹图谱，ERIC-

PCR技术就被广泛用于细菌分类和菌种鉴别上。

早期普遍认为，能扩增出ERIC-PCR产物的基因组则

意味着它含有ERIC序列。然而1997年，Gillings等［8］运用该

技术对各种细菌、真菌、植物及脊椎动物的DNA进行扩增，

得到了相应的条带，而这些生物的基因组中没有典型的

ERIC的存在。因此，并不需要有ERIC序列就可以获得多态

性丰富的、可以反映底物序列差异的图谱。故而Gillings认

为ERIC-PCR实质是一种随机扩增PCR（RAPD-PCR）。陈

迎春等［5］通过对大肠杆菌MG1655ERIC-PCR图谱主带序

列组成分析发现，扩增片段一般一端含有ERIC序列，另一

端没有该序列，并非如Versalovic等认为是2个ERIC之间

的片段，也不是Gillings等认为的是一种简单的随机扩增。

因此，对于不含有ERIC序列的生物，能够得到谱带，可能是

因为基因组含有与ERIC引物相似性较高的序列。而对于

含有ERIC序列的细菌而言，同时也含有与ERIC引物相似

性较高的片段。可以认为，ERIC-PCR是一种半随机性质的

PCR。

3ERIC-PCR的应用

3.1ERIC-PCR在微生物分类鉴定中的应用近年来，随

着分子生物学技术的迅速发展，如PFGE、RFLP、ARDRA、

RAPD-PCR、DGGE-PCR、ERIC-PCR等越来越多的应用于

微生物种群结构特征、系统多样性和动力学变化等方面的

研究。它们主要是对微生物基因组DNA进行分析，从遗传

进化的角度去认识微生物，从分子水平对它们进行分类与

鉴定。ERIC-PCR在建立后很长时间内主要用于单个菌株

的基因组多态性分析，如大肠杆菌［5］、李斯特菌［9］、沙门

菌［10］、副溶血性弧菌［11］等。姬广海等［12］试验证明，ERIC-PCR

可清晰地将李氏禾条斑病菌、水稻细条斑病菌、白叶枯病菌

等区分开；可有效地用于检测水稻细菌性条斑病菌的遗传

变异和菌株的鉴定与分类学研究。

金莉莉等［13］利用ERIC-PCR技术对李斯特菌基因组进

行分析，结果表明，ERIC指纹图谱在李斯特菌种间及单增

李氏菌株间具有良好的鉴别能力，具有分类学意义。李鹏

等［14］采用ERIC-PCR方法在对15种副猪嗜血杆菌血清型

参考株鉴定获得15种不同的ERIC-PCR指纹的基础上，对

分离自中国东南部发生革拉瑟氏病的不同猪场的111株副

猪嗜血杆菌进行了指纹鉴定，结果表明，15种血清型参考

株各具有独特的指纹，111株野生分离株显示出23种指纹

图谱。而且试验具有重复性，表明该方法快速、准确可行，是

对副猪嗜血杆菌进行分子流行病学研究的一种很好的方

法。贾宁等［15］用脉冲场凝胶电泳（PFGE）、RAPD、REP-PCR

和ERIC-PCR对变形杆菌进行基因分型，结果表明，ERIC-

PCR分辨率高于RAPD和REP-PCR。

3.2EICR-PCR在混合菌群落结构分析中的应用在分

子生态学的方法中，ERIC-PCR作为一种长引物随机PCR

技术，具有重复性好、简便和灵敏的特点，克服了传统培养

方法费时、费力、选择性强的缺点，能从群落整体的角度

或是从菌群功能状态角度来反映群落结构的动态变化与

变化趋势［16］。ERIC-PCR应用于混合菌结构多样性和菌群

结构的变化研究，主要通过以下方法进行：通过细菌总

DNA的ERIC-PCR产物条带的分布、数量和亮度等信息，

分析肠道菌群的多样性。回收DNA主带，进行克隆测序，

可知样品中的优势菌群。通过不同样品间谱带分布的变

化、数量的增减、亮度的变化，可直观地判断样品中菌群的

变化［17］。

Gonzalez等［18］采用ERIC-PCR技术对酿酒过程中醋酸

菌种群的变化进行了研究，发现随着发酵菌数量的增加，醋

酸菌也迅速增殖；而改变一些酒精发酵的条件，醋酸菌的多

样性也大大减少，该技术为跟踪并快速检测出醋酸菌的菌

种水平，为控制好酒的质量提供了保障。徐灵筠等［19］运用

ERIC-PCR指纹图谱技术，对比分析了糖尿病造模成功组、

造模不成功组和健康对照组的小鼠肠道微生物群落结构，

从分子水平上反映了3组小鼠肠道菌群的组间差异和个体

差异。说明ERIC-PCR能够有效地分析微生物群落的种群

多样性与结构特征，提供不同样品的特征信息和变化趋势。

畜牧与饲料科学

第31卷50

叶姜瑜等［20］使用ERIC-PCR指纹图谱技术对螺旋升流式反

应器在低温下的微生物群落结构进行了分析，结果表明，低

温下反应器中微生物菌群呈多样性分布，优势菌群突出。孙

永艳等［21］把大肠杆菌DH5α和阴沟肠杆菌E-26R按比例

混合，提取混合菌基因组DNA，进行ERIC-PCR，结果表明，

混合菌的DNA指纹图谱为各纯菌图谱的叠加，亦具有稳定

性；李华芝等［22］采用以填料生物膜和水生植物为主体，以微

生物、浮游植物、水生动物为要素的生物栅集成装置，处理

上海市某一富营养化水体，并采用ERIC-PCR指纹图谱技

术对生物栅填料生物膜生物进行分析，结果显示，随着微生

物多样性指数的增大，条带的相似性增加，微生物种群趋于

多样化，结构趋于稳定，说明该方法能有效地跟踪检测各样

品的微生物群落结构变化指数。鲁海峰等［23］采用ERIC-

PCR和Southern方法分析大熊猫肠道菌群结构，结果显示，

大熊猫不同个体之间肠道微生物群落结构比较相似，不同

个体在不同时期表现出很高的稳定性，但是当个体出现健

康问题时肠道菌群结构有一定的波动。这为监测大熊猫肠

道微生物区系结构变化提供了可能。

4ERIC-PCR存在的问题及展望

ERIC作为主要存在于肠杆菌基因间的重复共有序列，

其功能只是在其结构基础上进行的一些猜测。随着基因组

技术的发展，这些序列的功能将会被证实。ERIC-PCR方法

的有效性、简易性、快速性、灵敏性和可重复性使得其在细

菌分类、分子微生物生态学研究中有着广阔的应用前景，对

发现新的菌株及对已知菌株作进一步的分析有很重要的现

实意义，能成为细菌鉴别和细菌分类的分子遗传分析的有

力工具。可以试图采用建立ERIC-PCR技术对肠道致病菌

基因组DNA进行扩增，根据各种不同的特异性谱带，构建

肠道致病菌的指纹图谱，建立快速肠道致病菌分子检测平

台，达到同时对多种肠道致病菌进行快速检测的目的，这在

流行性肠道疾病的调查和快速诊断方面将会有很大的用

途。但是，ERIC-PCR样品的前处理和DNA提取过程都会

影响PCR技术的重复性、准确性和特异性，并且PCR技术

都存在一个样品的检出限，所以，对不同样品都必须对前处

理方法和反应条件进行优化并找出最低检出限，以便在样

品检测时不需要进行增菌就可以达到快速检测的目的。

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