JP2009072168A - Method for distinguishing microorganisms - Google Patents
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Abstract
【課題】
微生物の属する微生物叢の階層を微生物の塩基配列に基づいて判別することができる微生物の判別法を提供すること。
【解決手段】
この発明に係る微生物の判別方法は、(a)微生物の属する同一階層を構成する第1群の所定塩基数からなる第1部分塩基配列と一致する部分塩基配列を有する同一階層を構成する第1群以外の第2群の中の種の個数(以下、「群外一致数」という。)と、(b)同一階層を構成する第1群の中で、第1部分塩基配列と一致する部分塩基配列を有する種の個数が第1群の全ての種の個数に対して占める割合(以下、「群内一致率」という。)、または上記群外一致数(a)だけに基づいて、微生物の属する階層、例えば種、属、科などを判別することができる。
【選択図】なし
【Task】
To provide a method for distinguishing microorganisms capable of distinguishing the hierarchy of a microflora to which microorganisms belong, based on the base sequence of the microorganism.
[Solution]
The method for discriminating microorganisms according to the present invention includes: (a) a first layer constituting the same layer having a partial base sequence that coincides with a first partial base sequence consisting of a predetermined number of bases of the first group constituting the same layer to which the microorganism belongs; The number of species in the second group other than the group (hereinafter referred to as “number of out-of-group matches”), and (b) a portion that matches the first partial base sequence in the first group constituting the same hierarchy. Based on the ratio of the number of species having a base sequence to the number of all species in the first group (hereinafter referred to as “in-group coincidence rate”) or only the number of out-of-group coincidence (a), the microorganism Can be discriminated, for example, species, genus, family, and the like.
[Selection figure] None
Description
この発明は、微生物の属する分類学的階層を判別する微生物の判別方法に関するものである。更に詳細には、この発明は、微生物の属する分類学的階層をその塩基配列に基づいて判別することができる微生物の判別方法ならびに分類方法、それに使用するプローブならびにそれを結合したマイクロアレイなどに関するものである。 The present invention relates to a microorganism identification method for identifying a taxonomic hierarchy to which microorganisms belong. More specifically, the present invention relates to a microorganism identification method and classification method capable of determining the taxonomic hierarchy to which a microorganism belongs based on its base sequence, a probe used therefor, a microarray to which the probe is coupled, and the like. is there.
従来、細菌などの生物は、一般的には、生物を栄養培地で培養法により培養して、形成されたコロニー等の形態観察、グラム染色、酸素要求性、栄養要求性、生化学的検査などに基づいて同定・分類されてきた。しかし、この方法は、培養に時間と労力ならびに判別対象の微生物の適応した培地を選択する必要があることから多大の労力と費用を要する上に、その分類学的階層の判定に際して、コロニー等の形態観察などの客観的判定基準が無く、主観的観察結果などに基づく場合もあることから客観的判別が困難であり、信頼性に欠けることがあるなどの欠点がある。 Conventionally, organisms such as bacteria are generally cultivated by a culture method in a nutrient medium, morphological observation of formed colonies, Gram staining, oxygen demand, auxotrophy, biochemical examination, etc. Have been identified and classified based on However, this method requires a great deal of labor and cost because it is necessary to select a culture medium that is suitable for the microorganism to be discriminated for the culture, and in addition, when determining the taxonomic hierarchy, There is no objective judgment criterion such as morphological observation, and there are cases where it is based on subjective observation results, etc., so that objective discrimination is difficult, and there is a drawback that reliability may be lacking.
現在では、環境中の全微生物からRNA、DNAなどの塩基配列を解析することができるようになったため、微生物の分類学的解析にも、分子生物学的手法が広く用いられるようになってきている。RNAやDNAの塩基配列に基づく生物の系統分類方法における系統分類指標としては、リボゾーマルRNA(rRNA)およびその遺伝子(rDNA)を用いる方法が一般に利用されてきている (非特許文献1)。これは、リボゾーマルRNA遺伝子がほとんど全ての微生物に普遍的に存在し、過去の進化(変異)の過程を類推するのに十分な量の情報を有し、かつ、種の違いを示す適当な差異を持つとともに、指標となりうるだけの多様性を有していることに基づいている。かかる rRNA およびその遺伝子(rDNA)を微生物の系統分類に使用する方法としては、その塩基配列を決定し、これを比較したり、またある分類群に特異的な配列をDNAプローブとして使用する方法があり、この方法は一般に既に利用されている。 Nowadays, it is now possible to analyze base sequences such as RNA and DNA from all microorganisms in the environment, and molecular biological techniques have become widely used for taxonomic analysis of microorganisms. Yes. As a phylogenetic index in a phylogenetic classification method based on the base sequence of RNA or DNA, a method using ribosomal RNA (rRNA) and its gene (rDNA) has been generally used (Non-patent Document 1). This is because ribosomal RNA genes are universally present in almost all microorganisms, have sufficient information to analogize past evolutionary (mutation) processes, and are appropriate differences that indicate species differences. And based on having enough diversity to serve as an indicator. Methods for using such rRNA and its gene (rDNA) for phylogenetic classification of microorganisms include determining the base sequences and comparing them, and using a specific sequence for a certain taxon as a DNA probe. Yes, this method is already in general use.
なお、rDNAは、生物によってその大きさが異なっていて、その大きさにより、例えば23S、18S、16S、5S rDNA塩基配列などに分類されていて、かかる小サブユニットrDNA塩基配列を用いた広範囲の生物の系統樹を作成することができる。例えば、真核生物では18S
rDNA、原核生物では16S rDNA 塩基配列を用いた全生物の系統分類法が提案されている(非特許文献1)。このことから、現在では、塩基数が10、000以上の16S rDNA配列が決定され、日本のデータバンクや、GenBankなどの公的な遺伝子バンクに登録され利用されている。
RDNA has different sizes depending on the organism, and is classified into, for example, 23S, 18S, 16S, 5S rDNA base sequences, etc. depending on the size, and a wide range using such small subunit rDNA base sequences. A tree of organisms can be created. For example, 18S in eukaryotes
For rDNA and prokaryotes, a phylogenetic method for all organisms using a 16S rDNA base sequence has been proposed (Non-patent Document 1). For this reason, 16S rDNA sequences with 10,000 or more bases have now been determined and registered and used in Japanese data banks and public gene banks such as GenBank.
これまでに蓄積された豊富な16S rDNA塩基配列などの小型サブユニット(small subunit) rDNA塩基配列は、それを比較することによって、ある特定の生物菌種・菌群に特異的な配列を提供することができる。かかる特異的な配列は、例えば、プライマーや、プローブとして用いることで、その標的となる特定の生物菌種・菌群を迅速にかつ高い確率で検出し特定することができる。 Small subunit rDNA base sequences, such as the abundant 16S rDNA base sequence accumulated so far, provide a specific sequence for a specific species or group of organisms by comparing them. be able to. By using such a specific sequence as, for example, a primer or a probe, it is possible to quickly and with high probability detect and identify a specific species or fungus group as a target.
かかる小型のDNA配列からなる特定プローブの情報は、その微生物の属する群から他の群を区別したり、また所望の微生物群をその属する種、属などの階層に選択して分類したりして、様々な適用において決定的な役割を果たしている。 Information on specific probes consisting of such small DNA sequences can be obtained by distinguishing other groups from the group to which the microorganism belongs, or by selecting and classifying the desired microorganism group in the hierarchy of its species, genus, etc. Plays a decisive role in various applications.
多くの役割のうちの1つ目の役割は、例えば、種々の環境での微生物の特長を調査することであり、その調査は、様々な環境下での物質循環ならびに微生物の役割を理解する上で有用である。また、かかる微生物の調査は、様々な環境で既に実施されていて、例えば、土壌(非特許文献2−12)、重金属汚染堆積物(非特許文献13)、スラッジ(非特許文献14)、水(非特許文献15、16)、海浜砂(非特許文献17)、南極大陸棚堆積物(非特許文献18)、海生ネマトーデ(非特許文献19)などについて調査されている。これらのいくつかの研究は、微生物群を属レベルに分類することができるプローブの重要性を示している。
The first of many roles is, for example, investigating the characteristics of microorganisms in various environments, and this investigation is necessary to understand the material cycle and the role of microorganisms in various environments. It is useful in. In addition, the investigation of such microorganisms has already been carried out in various environments. For example, soil (Non-patent Document 2-12), heavy metal contaminated sediment (Non-patent Document 13), sludge (Non-patent Document 14), water (Non-patent
さらにまた、人体内の微生物と疾患や感染症との関係を明確にするために、16SrDNAに基づいた調査も行われている。かかる調査としては、例えば、プラーク(非特許文献20、21)、胃腸粘膜(非特許文献22)、排泄物(非特許文献23、24)、膣液(非特許文献25)などの調査が既に実施されている。
Furthermore, in order to clarify the relationship between microorganisms in the human body and diseases and infectious diseases, investigations based on 16SrDNA are being conducted. As such investigations, for example, investigations on plaque (
2つ目の役割は、マイクロアレイ(例えば、DNAチップ)の設計に当たっての微生物DNAプローブの情報の役割である。マイクロアレイは、現在では、遺伝子発現分析のために一般的に使用されている(非特許文献25)。またDNAマイクロアレイは、細菌コロニーの数と種類の大まかな構造を知ると共に、有害な細菌などの微生物を検出するためにも使用されている。 The second role is the role of microbial DNA probe information in designing a microarray (for example, a DNA chip). Microarrays are now commonly used for gene expression analysis (Non-patent Document 25). DNA microarrays are used to detect the rough structure of the number and type of bacterial colonies and to detect microorganisms such as harmful bacteria.
したがって、ヌクレオチド配列に基づく分子的方法は体系的でかつ強力である。その上、この分子的技法は、種々雑多な環境下の数多くの未培養微生物を評価できるという利点も有している。 Thus, molecular methods based on nucleotide sequences are systematic and powerful. In addition, this molecular technique has the advantage of being able to evaluate a large number of uncultured microorganisms in a diverse environment.
なお、細菌などの微生物の分類は、プローブ探索の出発点であって、プローブは分類学的階層別に分類した群を別の群と区別する高い能力を有しているべきである。分子的技法についての数多くの研究によって、16S rDNAに基づく研究が微生物の分類にとって有効であることが示され、かつ、16S rDNAについて蓄積されたデータはタイプ菌株(タイプカルチャー)として登録されている。これらのデータを使用すれば、ほとんどの微生物を分類することが可能である。ある1種の細菌の属する種のその他の細菌との相同関係(ホモロジー)を特定できれば、その結果その細菌種を唯一選択することが可能である。しかしながら、高次の分類学的階層、つまり属(genus)、科(family)、目(order)、綱(class)、門(phylum)の1群を唯一選択するのは厄介である。このような選択を可能にするためには、その困難性を克服する新しい着想が必要である。
そこで、本発明者らは、微生物群を体系的に探索する新着想に基づいて微生物の属する分類学的階層を判別する手法を鋭意検討した結果、各微生物のリボゾーマル遺伝子には、菌種・菌群に共通の部分塩基配列が存在していて、その共通部分塩基配列を比較検討することによって、微生物の分類学的階層を判別して、その属する階層に分類できることを見出して、この発明を完成した。 Therefore, as a result of intensive studies on a method for discriminating the taxonomic hierarchy to which microorganisms belong based on newly arrived ideas that systematically search for microorganism groups, the present inventors have found that the ribosomal gene of each microorganism includes The present invention was completed by finding that a common partial base sequence exists in a group, and by comparing the common partial base sequences, the taxonomic hierarchy of the microorganism can be determined and classified into the hierarchy to which it belongs. did.
したがって、この発明は、微生物の有するリボゾーマルDNA またはRNAの部分塩基配列の一致する所定塩基数について、下記に定義する群外一致数と群内一致率の許容度に基づいて、微生物を判別することからなる判別する微生物の判別方法を提供することを主な目的としている。 Therefore, the present invention discriminates microorganisms for a predetermined number of bases that match the partial base sequence of ribosomal DNA or RNA possessed by the microorganisms based on the tolerance of the number of out-of-group matches and the within-group match rate defined below. The main object is to provide a method for discriminating microorganisms comprising
また、この発明は、上記群外一致数単独の許容度または上記群外一致数と群内一致率との許容度の組合せに基づいて選択した部分塩基配列から構成されるプローブならびに微生物判別・分類に有用なプローブを提供することを別の目的としている。 The present invention also provides a probe comprising a partial base sequence selected on the basis of the tolerance of the number of out-of-group matches alone or the combination of the number of out-of-group matches and the degree of in-group match, and microorganism discrimination / classification Another object is to provide a useful probe.
さらに、この発明は、上記プローブを固相化などの手段によって結合したマイクロアレイを提供することをさらに別の目的としている。
また、この発明のその他の目的ならびに課題は、本明細書の記載から明らかになるものと理解することができる。
Furthermore, another object of the present invention is to provide a microarray in which the probe is bound by means such as immobilization.
Further, it can be understood that other objects and problems of the present invention will become clear from the description of the present specification.
この発明の上記目的を達成するために、この発明は、微生物の分類学的階層を該微生物の塩基配列に基づいて判別する微生物の判別方法であって、
a)該微生物の属する同一階層を構成する第1群の所定塩基数からなる第1部分塩基配列と一致する部分塩基配列を有する該同一階層を構成する該第1群以外の第2群の中の種の個数(以下、「群外一致数」という。)の許容度と、
b)該同一階層を構成する該第1群の中で、第1部分塩基配列と一致する部分塩基配列を有する種の個数が第1群の全ての種の個数に対して占める割合(以下、「群内一致率」という。)の許容度との組合せまたは群外一致数の許容度だけに基づいて、該微生物の属する階層を判別する微生物の判別方法を提供する。なお、上記群外一致数と上記群内一致率とは、それぞれ微生物の属する分類学的階層に有意に判別することができる許容度を持って設定されている。
In order to achieve the above object of the present invention, the present invention is a method for distinguishing microorganisms, wherein the taxonomic hierarchy of microorganisms is distinguished based on the base sequence of the microorganism,
a) In a second group other than the first group constituting the same layer having a partial base sequence that coincides with a first partial base sequence consisting of a predetermined number of bases of the first group constituting the same layer to which the microorganism belongs Tolerance of the number of seeds (hereinafter referred to as “the number of out-of-group matches”);
b) In the first group constituting the same layer, the ratio of the number of species having a partial base sequence that matches the first partial base sequence to the number of all species in the first group (hereinafter, The present invention provides a method for distinguishing microorganisms that identifies a hierarchy to which the microorganism belongs based only on a combination with a tolerance of “intra-group coincidence ratio” or a tolerance of the number of out-of-group matches. It should be noted that the number of out-of-group matches and the in-group match rate are set with tolerances that can be significantly determined in the taxonomic hierarchy to which the microorganism belongs.
この発明の好ましい態様として、該第1部分配列の所定塩基数が、該第1群に属する微生物の塩基配列のi番目の塩基からL個からなる塩基数として設定されている微生物の判別方法が提供される(ただし、iは1から始まる整数であって、該塩基配列を構成する塩基数に相当し、Lは、微生物の分類学的階層判別に有意であれば、特に限定されるものではないが、一般的には10〜50、好ましくは10〜40、さらに好ましくは15〜30の整数であるのがよい)。 As a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method for discriminating a microorganism in which the predetermined base number of the first partial sequence is set as the number of bases consisting of L from the i-th base of the base sequence of the microorganism belonging to the first group. Provided that i is an integer starting from 1 and corresponds to the number of bases constituting the base sequence, and L is not particularly limited as long as it is significant for taxonomic hierarchy discrimination of microorganisms. Generally, it is an integer of 10 to 50, preferably 10 to 40, more preferably 15 to 30).
この発明の好ましい態様として、群外一致数の許容度は、群外一致数が0個から20個まで、好ましくは0個から10個まで、更に好ましくは0個から5個まで、特に好ましくは0個であるのがよい。また、この発明の好ましい態様として、群内一致率の許容度は、群内一致率が100%から80%まで、好ましくは100%から90%まで、更に好ましくは100%であるのがよい。 In a preferred embodiment of the present invention, the tolerance of the number of out-of-group matches is from 0 to 20, preferably from 0 to 10, more preferably from 0 to 5, particularly preferably. It should be zero. As a preferred embodiment of the present invention, the tolerance of the intra-group coincidence rate is 100% to 80%, preferably 100% to 90%, more preferably 100%.
この発明は、さらに好ましい態様として、該階層が種であるときには、該群外一致数の許容度に基づいて、例えば表1に示すようにランク付けする微生物の判別方法を提供する。 As a further preferred aspect, the present invention provides a method for distinguishing microorganisms that are ranked as shown in Table 1, for example, based on the tolerance of the number of out-of-group matches when the hierarchy is a species.
この発明は、さらに好ましい態様として、該階層が属、科、目、綱または門であるときには、該群内一致率と群外一致数のそれぞれの許容度の組合せに基づいて、例えば表2に示すようにランク付けすることからなる微生物の判別方法を提供する。 According to a further preferred embodiment of the present invention, when the hierarchy is a genus, a family, an eye, a rope, or a gate, for example, in Table 2, based on the combination of the respective tolerances of the intra-group coincidence rate and the number of out-of-group coincidences. A method for distinguishing microorganisms comprising ranking as shown is provided.
この発明は、さらに好ましい態様として、ランク付けした該群外一致数と該群内一致率との組合せを、例えば表3に示すようにさらにランク付けするとともに、該所定塩基数の部分塩基配列を構成する塩基配列のn番目の塩基にランクに応じて表3に示すように記号を付すことからなる微生物の判別方法を提供する。 As a more preferred embodiment, the invention further ranks the ranked combinations of out-of-group matches and in-group matches as shown in, for example, Table 3, and the partial base sequence of the predetermined number of bases Provided is a microorganism discrimination method comprising attaching a symbol to the n-th base of a constituent base sequence according to the rank as shown in Table 3.
また、この発明は、他の形態として、上記群外一致数と群内一致率が微生物の分類学的階層を有意に判別することができる許容度を持ってそれぞれ設定されているプローブを提供するとともに、該プローブが該微生物の属する分類学的階層を判別し、該階層に分類するための微生物判別・分類用プローブを提供する。 As another embodiment, the present invention provides a probe in which the number of out-of-group matches and the in-group match rate are set with tolerances that can significantly distinguish the taxonomic hierarchy of microorganisms. In addition, the present invention provides a microbe discrimination / classification probe for discriminating the taxonomic hierarchy to which the microbe belongs and classifying into the hierarchy.
具体的には、この発明は、a)該微生物の属する同一階層を構成する第1群の所定塩基数からなる第1部分塩基配列と一致する部分塩基配列を有する該同一階層を構成する該第1群以外の第2群の中の種の個数と、b)該同一階層を構成する該第1群の中で、第1部分塩基配列と一致する部分塩基配列を有する種の個数が第1群の全ての種の個数に対して占める割合とに基づいて、該微生物の属する分類学的階層を判別・分類することができる部分塩基配列からなっているプローブおよび微生物判別・分類用プローブを提供する。 Specifically, the present invention provides: a) the first layer constituting the same layer having a partial base sequence that matches the first partial base sequence consisting of a predetermined number of bases of the first group constituting the same layer to which the microorganism belongs. The number of species in the second group other than the first group, and b) the number of species having a partial base sequence that matches the first partial base sequence in the first group constituting the same hierarchy is the first. Providing probes consisting of partial base sequences that can identify and classify the taxonomic hierarchy to which the microorganism belongs based on the proportion of all species in the group and the probe for microorganism identification and classification To do.
更に具体的には、この発明に係るプローブおよび微生物判別・分類用プローブは、第1部分配列の所定塩基数が、該微生物の属する分類学的階層を有意に判別・分類することができる塩基数であり、該微生物の塩基配列のi番目の塩基からL個からなる塩基数である(ただし、iは1から始まる整数であって、該塩基配列を構成する塩基数に相当し、Lは、微生物の分類学的階層を有意に判別・分類する塩基数であって、一般的には10〜50、好ましくは10〜40、さらに好ましくは15〜30の整数を意味する)。 More specifically, in the probe according to the present invention and the microorganism discrimination / classification probe, the predetermined number of bases in the first partial sequence allows the number of bases that can significantly discriminate / classify the taxonomic hierarchy to which the microorganism belongs. The number of bases consisting of L from the i-th base of the base sequence of the microorganism (where i is an integer starting from 1 and corresponds to the number of bases constituting the base sequence, L is The number of bases that significantly discriminates and classifies the taxonomic hierarchy of microorganisms, and generally means an integer of 10 to 50, preferably 10 to 40, and more preferably 15 to 30).
また、この発明は、上記(a)群外一致数単独の許容度に応じてランク付けしたプローブもしくは微生物判別・分類用プローブと、上記(a)群外一致数の許容度と、(b)群内一致率の許容度との組合せに応じてランク付けしたプローブもしくは微生物判別・分類用プローブを固定したマイクロアレイを提供する。この発明の好ましい態様として、この発明は、所定のランクもしくはそのランク以上の濫掘消したプローブもしくは微生物判別・分類用プローブを固定したマイクロアレイを提供する。 The present invention also includes (a) a probe or microorganism discrimination / classification probe ranked according to the tolerance of the number of out-of-group matches alone, (a) the tolerance of the number of out-of-group matches, and (b) Provided is a microarray in which probes ranked according to a combination with the tolerance of intra-group coincidence rate or probes for microorganism discrimination / classification are fixed. As a preferred embodiment of the present invention, the present invention provides a microarray in which probes that have been digging out or having a predetermined rank or higher than that rank or probes for microbial discrimination / classification are fixed.
さらに、この発明の好ましい態様として、判定対象の微生物の属する分類学的階層を有意に判別・分類することができるように、微生物を同一階層を構成する全ての群もしくは実質的に全ての群を網羅する上記プローブまたは微生物判別・分類用プローブを固定しているマイクロアレイが提供される。
なお、本明細書中で使用する「実質的に全ての群」という用語またはこれに関連する用語は、同一階層を構成する全ての群のうち、この発明の目的に適う必要十分な数からなる群を意味していて、全ての群を使用した場合と実質的に同一の効果を奏することができる数からなる群を意味している。
Furthermore, as a preferred embodiment of the present invention, all groups or substantially all groups constituting the same hierarchy are selected so that the taxonomic hierarchy to which the microorganism to be determined belongs can be significantly distinguished and classified. Provided is a microarray in which the above-described probes or microorganism discrimination / classification probes are fixed.
As used herein, the term “substantially all groups” or a term related thereto consists of a necessary and sufficient number of all groups constituting the same hierarchy, which are necessary and sufficient for the purpose of the present invention. It means a group, which means a group consisting of numbers that can produce substantially the same effect as when all the groups are used.
その上、この発明の好ましい態様として、判定対象の微生物の属する分類学的階層をさらに有意に判別・分類することができるように、微生物を同一階層を構成する全ての群もしくは実質的に全ての群を網羅する上記プローブまたは微生物判別・分類用プローブに加えて、該微生物の属する属の更に上位階層を構成する全ての群もしくは実質的に全ての群を網羅する上記プローブまたは微生物判別・分類用プローブの少なくとも2種類の上記プローブまたは微生物判別・分類用プローブを固定しているマイクロアレイが提供される。 In addition, as a preferred embodiment of the present invention, all groups constituting substantially the same hierarchy or substantially all of the microorganisms can be classified and classified so that the taxonomic hierarchy to which the microorganism to be judged belongs can be more significantly distinguished and classified. In addition to the probe or microorganism identification / classification probe that covers a group, the probe or microorganism identification / classification that covers all groups or substantially all groups constituting a higher hierarchy of the genus to which the microorganism belongs A microarray is provided in which at least two types of probes or probes for microorganism discrimination / classification are fixed.
この発明はまた、上記プローブまたは微生物判別・分類用プローブを、マイクロアレイに固相化などの慣用手段で固定してマイクロアレイを製造するマイクロアレイの製造方法を提供するとともに、製造されたマイクロアレイを使用して微生物の属する分類学的階層を判別もしくは分類をするマイクロアレイの使用方法を提供する。
その上、この発明は、上記微生物の判別方法、プローブおよび/またはマイクロアレイを使用して微生物のスクリーニングをすることからなる微生物のスクリーニング方法を提供する。
The present invention also provides a microarray production method for producing a microarray by fixing the probe or the microorganism discrimination / classification probe to the microarray by a conventional means such as solid phase, and using the produced microarray. A method of using a microarray for discriminating or classifying a taxonomic hierarchy to which microorganisms belong is provided.
Moreover, the present invention provides a microorganism screening method comprising screening microorganisms using the above-described microorganism discrimination method, probe and / or microarray.
この発明の微生物判別方法は、各微生物のrDNAの小さい塩基配列からなるプローブを用いて各微生物の属する分類学的階層を判別・分類することができるという効果がある。また、この発明の微生物判別方法を用いれば、サンプル中に存在する各菌群に属する菌種の全てを網羅して判別して検索できるという効果もある。 The microorganism discrimination method of the present invention has an effect that the taxonomic hierarchy to which each microorganism belongs can be distinguished and classified using a probe comprising a small base sequence of rDNA of each microorganism. In addition, if the microorganism discrimination method of the present invention is used, there is an effect that it is possible to comprehensively discriminate and search for all the bacterial species belonging to each bacterial group present in the sample.
また、この発明は、任意のプローブ長で、16S
rDNAは勿論のこと、16S rDNA以外の任意の遺伝子に対しても良好なプローブを探索でき、かつ、その評価をランク付けておこなうことができるという効果がある。
The present invention also provides an arbitrary probe length and 16S
In addition to rDNA, there is an effect that a good probe can be searched for any gene other than 16S rDNA and its evaluation can be ranked.
さらに、この発明は、プローブをマイクロアレイに実装するに当たって、全菌叢の菌種を網羅してマイクロアレイ上に配置すると共に、全菌叢の菌種を区別して選択することができるという効果もある。しかも、上記パラメーターの許容度の高いプローブを選択することによって微生物の判別の精度を上げることができる。また、この発明では、準備する塩基配列の長さをほぼ一定に、例えば550bp程度に揃えることができることから、微生物の判別の精度をほぼ一定にすることができるとともに、その塩基配列がプローブとハイブリダイゼーションする部位を設計することも可能である。その上、プローブのCG含量の割合が揃うようにプローブを選択することもできるという効果もある。 Furthermore, when the probe is mounted on the microarray, the present invention has an effect that all the bacterial species of the entire flora are covered and arranged on the microarray, and the entire bacterial flora can be distinguished and selected. In addition, the accuracy of discrimination of microorganisms can be increased by selecting a probe having a high tolerance for the above parameters. In addition, according to the present invention, the length of the prepared base sequence can be made almost constant, for example, about 550 bp, so that the accuracy of microbe discrimination can be made almost constant, and the base sequence can be compared with the probe. It is also possible to design a site for hybridization. In addition, there is an effect that the probes can be selected so that the proportions of the CG contents of the probes are uniform.
その上、この発明は、菌種の属する属と種とを同時に判別することによって、その判別の精度を上げることができる。また、マイクロアレイに属と種とを網羅するように一緒にプローブを配置することによって、属と種とを同時に高精度に判別できるという効果もある。 In addition, the present invention can improve the accuracy of discrimination by simultaneously discriminating the genus and species to which the bacterial species belong. Further, by arranging the probes together so as to cover the genus and the species in the microarray, there is also an effect that the genus and the species can be simultaneously distinguished with high accuracy.
この発明によれば、菌の機能は属レベルではほとんど同じで決まっていることが多いことから、微生物の属する属を指定して検索することによって、ある機能のみをもつ菌を判別することも可能である。また、微生物は、種レベルでは、種を判別するプローブで検索することができない場合でも、属レベルでは同じ配列を持つ可能性が多いことから、微生物を属レベルで検索することによって、未知の菌も判別することができる可能性が大きくなるという効果がある。 According to the present invention, since the functions of bacteria are often almost the same at the genus level, it is possible to discriminate bacteria having only a certain function by searching by specifying the genus to which the microorganism belongs. It is. In addition, even when microorganisms cannot be searched at the species level with a probe that discriminates the species, it is likely that they have the same sequence at the genus level. This also has the effect of increasing the possibility that it can be discriminated.
この発明は、微生物の属する分類学的階層、つまり種(species)、属(genus)、科(family)、目(order)、綱(class)ならびに門(phylum)を判別し、その微生物の分類学的階層に分類することができる新規な微生物の判別方法に関する。つまり、この発明に係る微生物の判別方法は、微生物の塩基配列の共通する部分塩基配列を基準にして、微生物の属する分類学的階層を判別・分類することを特徴としている。 This invention discriminates the taxonomic hierarchy to which microorganisms belong, ie species, genus, family, order, class and phylum, and classifies the microorganism. The present invention relates to a novel method for distinguishing microorganisms that can be classified into a scientific hierarchy. In other words, the microorganism discriminating method according to the present invention is characterized in that the taxonomic hierarchy to which the microorganism belongs is discriminated / classified based on the partial base sequence common to the base sequences of the microorganism.
この発明の微生物の判別方法は、微生物を判別するパラメータとして、その微生物のrDNAの部分配列を、下記に定義する群外一致数(Coincidence Number of Outside Group: CNOG)と、(Coincidence Rate Inside Group: CRIG) とを使用している。 In the method for discriminating microorganisms of the present invention, as a parameter for discriminating microorganisms, a partial sequence of rDNA of the microorganism is defined as follows: Coincidence Number of Outside Group (CNOG) and (Coincidence Rate Inside Group: CRIG).
本明細書で使用する「群外一致数」(CNOG)という用語は、測定対象の微生物の属する同一階層を構成する第1群の所定塩基数からなる第1部分塩基配列と一致する部分塩基配列を有する該同一階層を構成する該第1群以外の第2群の中の種の個数を意味している。 As used herein, the term “number of out-of-group matches” (CNOG) is a partial base sequence that matches a first partial base sequence consisting of a predetermined number of bases of the first group that constitutes the same hierarchy to which the microorganism to be measured belongs. Means the number of seeds in the second group other than the first group constituting the same hierarchy.
より具体的には、「群外一致数」とは、例えば、ある属(genus)に属するある種(species)の微生物の16SrDNAの一定の塩基数からなる部分塩基配列と同一の部分配列を有する、同一属(genus)または他属(genus)に属する他の種(species)の個数を意味する。同様に、ある科(family)に属するある種(species)の微生物のrDNAの部分塩基配列と同一の部分配列を有する同一科(family)または他の科(family)に属する種(species)の個数を意味する。科(family)以上の上位階層についても同様である。 More specifically, the “number of out-of-group coincidence” has, for example, a partial sequence identical to a partial base sequence consisting of a certain number of bases of 16S rDNA of a microorganism of a species belonging to a certain genus (genus) Means the number of other species belonging to the same genus or other genus. Similarly, the number of species belonging to the same family or other family having the same partial sequence as the rDNA partial base sequence of a microorganism of a certain species belonging to a family Means. The same applies to the upper hierarchy above the family.
更に具体的には、例えば、ある属(genus)に属するある種(species)の微生物の16S rDNAの一定の塩基数からなる部分塩基配列と同一の部分塩基配列を有する、同一属(genus)または他属に属する他の種(species)が存在しないこと、つまり、群外一致数が「0」であることを意味している。換言すると、群外一致数が「0」である共通の部分塩基配列を有する微生物は、同一階層の同一群に非常に高い確率で属しているといえる。したがって、群外一致数が「0」である共通部分配列は、この発明の目的である微生物の属する階層を判別することに有効に使用できるといえる。 More specifically, for example, the same genus or genus having the same partial base sequence consisting of a certain number of bases of 16S rDNA of a species of microorganism belonging to a certain genus, This means that there are no other species belonging to other genera, that is, the number of out-of-group matches is “0”. In other words, it can be said that microorganisms having a common partial base sequence with an out-of-group match number of “0” belong to the same group in the same hierarchy with a very high probability. Therefore, it can be said that the common partial sequence having an out-of-group coincidence number of “0” can be used effectively for determining the hierarchy to which the microorganism, which is the object of the present invention, belongs.
同様に、ある群に属する微生物の部分塩基配列の群外一致数が「1〜5」であることは、その微生物の部分塩基配列と同一の部分塩基配列を有する菌種が、別群に1〜5種類存在する可能性が大きいことを意味している。しかしながら、この程度の可能性は、微生物の階層判断においては、問題になることは少ないと判断することができる。 Similarly, the number of out-of-group coincidence of the partial base sequences of microorganisms belonging to a certain group is “1 to 5”, indicating that the bacterial species having the same partial base sequence as the partial base sequence of the microorganism is 1 in another group. It means that there is a high possibility that there are ~ 5 types. However, it is possible to determine that this possibility is unlikely to be a problem in determining the hierarchy of microorganisms.
一方、群外一致数が「11〜20」や「20より以上」である場合は、その微生物の部分塩基配列と同一の部分塩基配列を有する、別群に属する微生物が11〜20種または20種以上それぞれ存在する可能性があることを意味している。このように群外一致数が大きい部分配列は、この発明の目的である微生物の判別方法には、判別能力が低いと判断することができる。 On the other hand, when the number of out-of-group matches is “11 to 20” or “more than 20”, 11 to 20 types of microorganisms belonging to another group having the same partial base sequence as the partial base sequence of the microorganism or 20 It means that there may be more than each species. Such a partial sequence having a large number of out-of-group matches can be judged to have low discrimination ability for the microorganism discrimination method that is the object of the present invention.
したがって、この発明において定める群外一致数の許容度は、例えば、その群外一致数が0個から20個まで、好ましくは0個から15個まで、より好ましくは0個から10個まで、更に好ましくは0個から5個まで、特に好ましくは0個であるのがよい。また、この発明の目的によっては、その下限を増減させてもよく、また場合によっては更に細分化しても、またより大きな数で分類してもよい。 Therefore, the tolerance of the number of out-of-group matches defined in the present invention is, for example, 0 to 20 out of group matches, preferably 0 to 15, more preferably 0 to 10, The number is preferably 0 to 5, particularly preferably 0. Further, depending on the object of the present invention, the lower limit may be increased or decreased. In some cases, the lower limit may be further subdivided or classified by a larger number.
他方、本明細書で使用する「群内一致率」(CRIG)という用語は、同一階層を構成する第1群の中で、第1部分塩基配列と一致する部分塩基配列を有する種の個数が第1群の全ての種の個数に対して占める割合を意味している。 On the other hand, the term “intra-group identity” (CRIG) as used herein is the number of species having a partial base sequence that matches the first partial base sequence in the first group constituting the same hierarchy. This means the ratio of the total number of all species in the first group.
より具体的には、「群内一致率」とは、例えば、ある属(genus)に属するある種(species)の微生物のrDNAの一定塩基数からなる部分配列と同一の部分配列を有する菌種が、同一属(genus)に属する全ての菌種(species)の個数に対して存在する割合を意味する。また、属の上位階層である科について説明すると、ある科のある種のrDNAの部分配列が、その科の他の種に対して存在する割合を意味している。更に上位の階層の場合も同様である。 More specifically, the “in-group coincidence rate” means, for example, a bacterial species having the same partial sequence as a partial sequence consisting of a certain number of bases of rDNA of a species of microorganism belonging to a certain genus (genus) Means the ratio existing with respect to the number of all species belonging to the same genus. Further, when describing a family that is a higher hierarchy of a genus, it means a ratio in which a partial sequence of a certain kind of rDNA in a certain family is present with respect to other species in the family. The same applies to a higher hierarchy.
さらに具体的に説明すると、ある群、例えば属(genus)の菌種のrDNAの部分配列の群内一致率が100%であるということは、その群に属する全菌種が、かかる同一の部分塩基配列を有していること意味している。換言すると、ある群に属する微生物の部分塩基配列の群内一致率が100%であるということは、その群の菌種の全てがかかる同一の共通部分配列を有していることを意味し、かかる微生物は、同一階層に属していると非常に高い確率で推定できることを意味している。その他の階層についても同様である。 More specifically, the fact that the in-group concordance rate of the partial sequence of rDNA of a certain group, for example, a genus species, is 100% means that all the bacterial species belonging to that group have such an identical part. It means having a base sequence. In other words, an intra-group identity rate of partial base sequences of microorganisms belonging to a certain group means 100% means that all of the bacterial species of the group have the same common partial sequence, This means that such microorganisms can be estimated with a very high probability that they belong to the same hierarchy. The same applies to other hierarchies.
ただし、上記のような群内一致率が100%である部分配列を有するある階層の群と同じ階層に属する他の群にも、同一部分配列を有する微生物が存在する可能性がある。そこで、この発明においては、かかる可能性を調べるために、もう1つのパラメータである上記群外一致数を群内一致率と組み合わせることによって、微生物の属する階層をある許容度をもって判別することを可能にしている。 However, there is a possibility that a microorganism having the same partial sequence may also exist in another group belonging to the same hierarchy as the group of a certain hierarchy having a partial sequence with the intra-group coincidence rate of 100%. Therefore, in the present invention, in order to investigate such a possibility, it is possible to discriminate the hierarchy to which microorganisms belong with a certain degree of tolerance by combining the above-mentioned number of out-of-group matches with another in-group match rate. I have to.
例えば群内一致率100%と、群外一致数0とを組み合わせた場合、群内一致率が100%である共通部分配列を有する群は1つしかないことを示している。この場合、群が例えば属(genus)である場合、かかる共通部分配列を有する微生物は、全て単一の同一属(genus)に属していることがほぼ100%という高許容度で特定することができる。また、群内一致率100%と、群外一致数1とを組み合わせた場合、群内一致率が100%である共通部分配列を有する群が2つある可能性があることを示している。同様に、その他の組合せも同様である。したがって、この発明においては、目的によってどの程度の許容度が妥当であるかを決めることによって、群内一致率と群外一致数とを組み合わせるのがよい。つまり、微生物の厳密な判別が要求される場合は、例えば、群内一致率100%と群外一致数0もしくは1程度とを組み合わせたり、またはあまり厳密な判別が要求されない場合は、例えば、群内一致率100%未満から90%と、群外一致数0もしくは1〜10とを組み合わせることも可能である。
For example, when the
したがって、この発明において定める群内一致率の許容度は、例えば、その群内一致率が100%から80%まで、好ましくは100%から90%まで、より好ましくは100%であるのがよい。また、この発明の目的によっては、その下限を増減させてもよく、また場合によっては更に細分化しても、またより大きな数で分類してもよい。 Therefore, the tolerance of the intra-group coincidence rate defined in the present invention is, for example, that the intra-group coincidence rate is 100% to 80%, preferably 100% to 90%, and more preferably 100%. Further, depending on the object of the present invention, the lower limit may be increased or decreased. In some cases, the lower limit may be further subdivided or classified by a larger number.
この発明において、微生物の属する分類学的階層の判別を簡潔にするために、上記群外一致数単独の許容度、または群内一致率と群外一致数との許容度の組合せに基づいてそれぞれランク付けするのがよい。この許容度は、目的によって適宜変更するのがよいが、本発明における微生物の分類学的階層の判別においては、例えば、下表1ならびに表2のようにそれぞれ許容度を持ってランク分けをすることができる。 In this invention, in order to simplify the classification of the taxonomic hierarchy to which the microorganism belongs, the tolerance of the number of out-of-group coincidence alone or the combination of the tolerance of the within-group coincidence rate and the number of out-of-group coincidence, respectively. It is better to rank. The tolerance may be changed as appropriate according to the purpose, but in the classification of the taxonomic hierarchy of microorganisms in the present invention, for example, as shown in the following Table 1 and Table 2, ranking is performed with tolerance. be able to.
ここで、この発明において使用する微生物の塩基配列の部分塩基配列について説明する。この発明においては、バージェイズ・マニュアル(Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, 2nd Edition)に菌種名が記載され、タイプカルチャーとして登録されている全菌種の16S rDNA塩基配列の所定塩基数(L)からなる各部分配列について、その群内一致率と群外一致数がそれぞれ決定される。 Here, a partial base sequence of the base sequence of the microorganism used in the present invention will be described. In the present invention, from the predetermined base number (L) of the 16S rDNA base sequence of all the bacterial species whose bacterial species names are described in the Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, 2nd Edition and registered as type cultures. For each partial sequence, the in-group coincidence rate and the number of out-of-group coincidences are respectively determined.
まず、GenBankなどの公的機関に登録されているタイプカルチャーの16S rDNAライブラリーを、2種類の共通プライマー(ユニバーサルプライマー)で切断する。この発明で使用することができる共通プライマーとしては、例えば、下記の配列のプライマーが挙げられる。
プライマー1:5’-CCTACGGGAGGCAGCAG-3’(配列番号2207)
プライマー2:5’-CCGTCAATTCCTTTAAGTTT-3’(配列番号2208)
プライマー3:5’-CCGTCAATTCCTTTGAGTTT-3’(配列番号2209)
First, a type culture 16S rDNA library registered in a public organization such as GenBank is cleaved with two types of common primers (universal primers). Examples of common primers that can be used in the present invention include primers having the following sequences.
Primer 1: 5′-CCTACGGGAGGCAGCAG-3 ′ (SEQ ID NO: 2207)
Primer 2: 5'-CCGTCAATTCCTTTAAGTTT-3 '(SEQ ID NO: 2208)
Primer 3: 5'-CCGTCAATTCCTTTGAGTTT-3 '(SEQ ID NO: 2209)
この発明においては、例えば、約1600bpのオリジナル16S rDNA(3463塩基)から約550bpの配列を抽出し、続いてこの抽出配列から、記号N、Y、Rなどの不明瞭な塩基を有する細菌をフィルタリングによって全て除外し、塩基配列がA、C、GおよびTだけからなる菌種(species)2206種を抽出した。菌種(species)2206種は、属(genus)697属、科(family)186科、目(order)75目、綱(class)31綱、門(phylum)22門に分類される。しかし、これらの数値は、例えば、未知菌種の発見やタイプカルチャーの塩基配列の特定などによって変わることがあり得ることも留意すべきであり、この場合には、変化した値もこの発明の趣旨に包含されることは明白であることも留意すべきである。
In this invention, for example, an about 550 bp sequence is extracted from an original 1600 bp 16S rDNA (3463 bases), and then bacteria having unclear bases such as symbols N, Y, and R are filtered from the extracted sequence. And 2206 species of species consisting only of A, C, G and T were extracted. 2206 species are classified into
上記のようにして抽出したある菌種(第m種)(m=1〜2206。ただし、この数字は上記に説明したように、タイプカルチャーの種類や登録rDNA塩基配列などの変更などにより変わることがある)または菌群(以下、「菌種・菌群」ともいう)の塩基配列を選択すると共に、その塩基配列のi番目(i=1〜n)からL個(例えば、L=約10〜50)の部分配列を選択して、この部分配列が残りの全ての菌種・菌群に存在するかどうかを解析する。なお、記号「i=1」は、各菌種・菌群の塩基配列の第1番目の塩基番号を意味し、また「i=n」は、各菌種・菌群の塩基配列の第n番目(つまり、塩基配列の最終番目)の塩基番号を意味する。また、「L=約10〜50」は、塩基数が連続する約10〜50個であることを意味している。ただし、記号「L」は、微生物の判別に有意に利用可能である限り、特に限定されるものではなく、任意にその数を決めることが可能であるが、この発明においては、例えば、約10〜50、好ましくは12〜40、より好ましくは13〜25であるのがよい。 A certain bacterial species (m-th species) extracted as described above (m = 1 to 2206. However, this number may change due to changes in type culture type, registered rDNA base sequence, etc. as described above. Or a group of fungi (hereinafter also referred to as “bacterial species / fungus group”), and from the i-th (i = 1 to n) of the base sequence (for example, L = about 10) ˜50) is selected, and whether or not this partial sequence is present in all remaining bacterial species and fungal groups is analyzed. The symbol “i = 1” means the first base number of the base sequence of each bacterial species / fungal group, and “i = n” means the nth base sequence of each bacterial species / fungal group. This means the base number of the number (that is, the last number of the base sequence). Further, “L = about 10-50” means that the number of bases is about 10-50. However, the symbol “L” is not particularly limited as long as it can be significantly used for discrimination of microorganisms, and the number can be arbitrarily determined. In the present invention, for example, about 10 ~ 50, preferably 12-40, more preferably 13-25.
このようにして選択したある菌種・菌群の塩基配列のi番目(i=1)、つまり、その塩基配列の最初の塩基(i=1)からL個(例えば、L=約10〜50)の連続する部分配列について、その群外一致数を解析する。つまり、部分配列(i=1)と同一の部分配列を有する菌種・菌群が、残り全ての菌種・菌群の何個に存在するか、その菌種・菌群の個数をコンピュータで解析する。その結果、その個数が「0」であれば、その群外一致数は「0個」と定義する。同様に、その個数が1、2、・・・20個より以上の個数であれば、その群外一致数はそれぞれ「1個」、「2個」、・・・、「20個より以上」であると定義する。 The i-th (i = 1) of the base sequence of a certain bacterial species and fungus group selected in this way, that is, L (for example, L = about 10-50 from the first base (i = 1) of the base sequence) ), The number of out-of-group matches is analyzed. In other words, how many bacterial species / fungal groups having the same partial sequence as the partial sequence (i = 1) are present in all the remaining bacterial species / fungal groups, and the number of the bacterial species / fungal groups by computer. To analyze. As a result, if the number is “0”, the number of out-of-group matches is defined as “0”. Similarly, if the number is more than 1, 2,..., 20 or more, the number of out-of-group matches is “1”, “2”,. Is defined as
上記部分配列(i=1)についての解析が完了すると、次にその塩基配列の2番目(i=2)の部分配列について同様に残りの全ての菌種・菌群について解析する。このように上記塩基配列を構成する塩基について順次解析して、最終番目(i=n)の塩基についての解析を完了する。これによって、第(m=1)菌種・菌群の塩基配列を構成するすべての塩基について群外一致数を特定する。 When the analysis for the partial sequence (i = 1) is completed, the second partial sequence (i = 2) of the base sequence is similarly analyzed for all remaining bacterial species and fungal groups. In this manner, the bases constituting the base sequence are sequentially analyzed, and the analysis for the final (i = n) base is completed. As a result, the out-of-group coincidence number is specified for all the bases constituting the base sequence of the (m = 1) strain / fungus group.
上記のようにして、上記第(m=1)菌種・菌群について全ての塩基についての解析が完了すると、次に、別の菌種(m=2)または菌群の塩基配列について、そのi番目(i=1〜n)からL個(例えば、L=約10〜50)の部分配列全てについて、上記菌種(m=1)または菌群と同様に、その部分配列が残り全ての菌種・菌賊軍に存在するかどうかを解析する。このようにして第(m=2)菌種・菌群の塩基配列の全ての部分配列について群外一致数を決定する。 As described above, when the analysis for all the bases of the (m = 1) bacterial species / fungal group is completed, next, the base sequence of another bacterial species (m = 2) or bacterial group is obtained. For all of the i-th (i = 1 to n) to L (for example, L = about 10 to 50) partial sequences, as in the case of the above-mentioned bacterial species (m = 1) or fungal group, Analyzes whether or not it exists in the bacterial species / bandit army. In this way, the number of out-of-group matches is determined for all partial sequences of the base sequence of the (m = 2) -th bacterial species / fungal group.
このようにして第(m=2)種の塩基配列の全ての部分配列についての群外一致数の解析が完了すると、続いて、菌種(m=3〜2206)または菌群の各塩基配列について、そのi番目(i=1〜n)からL個(例えば、L=約10〜50)の全ての部分配列について、上記と同様に解析する。このようにして、それぞれの菌種(m=3〜2206)または菌群の塩基配列の全ての部分配列について群外一致数を決定する。 When the analysis of the number of out-of-group matches for all the partial sequences of the base sequence of the (m = 2) th species is completed in this way, the base sequences of the bacterial species (m = 3 to 2206) or the bacterial group are subsequently obtained. In the same manner as described above, the i-th (i = 1 to n) to L (for example, L = about 10 to 50) partial sequences are analyzed. In this manner, the number of out-of-group matches is determined for all partial sequences of the base sequence of each bacterial species (m = 3 to 2206) or bacterial group.
次に、上位層の階層についての群外一致数ならびにそれらのランク付けについて、属を例にとって説明する。
まず、ある属(k=1〜697。なお、この発明における属の総数は、タイプカルチャーの種類や登録16S rDNAの変更などにより変わることがある)に属する1菌種の塩基配列のi番目(i=1〜n)からL個(例えば、L=約10〜50)の部分配列が、当該属中の他の菌種に存在するかどうかを、上記と同様に解析する。この解析によって、各部分配列が存在する同一属に属する菌種の個数から、この菌種の個数が同一属中の全菌種の総数の何%に相当するかを計算して、群内一致率を算出する。
Next, the number of out-of-group matches and their ranking for the upper layer will be described by taking a genus as an example.
First, the i-th base sequence of one bacterial species belonging to a certain genus (k = 1 to 697. The total number of genus in this invention may vary depending on the type of type culture, change of registered 16S rDNA, etc.) It is analyzed in the same manner as described above whether or not L (for example, L = about 10 to 50) partial sequences from i = 1 to n are present in other species of the genus. By this analysis, the number of bacterial species belonging to the same genus in which each partial sequence is present is calculated to calculate what percentage of the total number of all bacterial species in the same genus. Calculate the rate.
上記と同様にして、上記属(k=1)以外の属(k=2〜697)に属する全ての菌種について解析して、その属の群外一致数と群内一致率を算出する。さらに同様にして、属より上位階層についても群外一致数と群内一致率を解析する。 In the same manner as described above, all bacterial species belonging to a genus (k = 2 to 697) other than the genus (k = 1) are analyzed, and the number of out-of-group matches and the within-group match rate of the genus are calculated. Further, in the same way, the number of out-of-group matches and the in-group match rate are analyzed for higher layers than the genus.
この発明においては、上記のようにして解析した各階層の菌種・菌群の群外一致数と群内一致率について、表1および表2に従ってランク付けをするのがよい。具体的には、菌種(species)の場合には、その下位階層がないことから、菌種の群外一致数単独について表1に従ってランク付けを行う。また、菌種(species)より上位階層の場合には、群外一致数と群内一致率との組合せに基づいて表2に従ってランク付けをする。なお、ランクならびに許容度は、目的に応じて変更することができることは当然のことであり、適宜決定するのがよい。 In the present invention, it is preferable to rank according to Table 1 and Table 2 for the number of out-of-group matches and the within-group match rate of the bacterial species and fungus groups of each hierarchy analyzed as described above. Specifically, in the case of species, since there is no lower hierarchy, ranking is performed according to Table 1 for the number of out-of-group matches alone. In the case of a higher hierarchy than species, ranking is performed according to Table 2 based on the combination of the number of outside-group matches and the within-group match rate. It should be noted that the rank and tolerance can be changed according to the purpose, and should be appropriately determined.
菌種の塩基配列について上記のようにランク付けした例として、菌種Holophaga foetida(配列番号1)の塩基配列を参考までに下記に示す。 As an example of ranking as described above for the base sequence of the bacterial species, the base sequence of the bacterial species Holophaga foetida (SEQ ID NO: 1) is shown below for reference.
このようにして、全ての種、属、科、目、綱、門の全部分配列についての群内一致率ならびに群外一致数の判定およびそれぞれのランク付けが完了すると、表5および表6に従って全部分配列に記号付けを行う。部分配列に対するこの記号付けは、各部分配列の先頭の塩基1個に該当する記号を付すことによって行う。その結果を図1〜図588に示している。 In this way, when the determination of the intra-group coincidence rate and the number of out-of-group coincidence and the ranking of all the partial sequences of all species, genera, families, eyes, classes, and gates are completed, according to Table 5 and Table 6. Symbolize all subsequences. This symboling for the partial sequences is performed by attaching a symbol corresponding to one leading base of each partial sequence. The results are shown in FIGS.
例えば、配列番号1のAcidobacteriaceae、 Holophaga、Holophaga foetidaの最初の塩基から1部分(下記120塩基分参照)L=23の場合を例として上表に従って更に詳細に説明する。 For example, a case where L = 23 from the first base of Acidobacteriaceae, Holophaga, Holophaga foetida of SEQ ID NO: 1 (see 120 bases below) is described in more detail according to the above table.
つまり、上記部分塩基配列(なお、対応する塩基配列は別表に記号で記載されている。以下同じ)において、最初の部分配列(第1番目の塩基から始まる塩基数23個の部分塩基配列(プローブ長:L=23)。以下同じ)の第1番目の塩基の記号は「0」である。このことは、その第1番目の塩基から塩基数23個の部分配列は、表5に示すように、種、属および科レベルのランクはいずれも0であること、つまり種、属および科レベルでの群内一致率が80%未満であるか、あるいは、群外一致数が20より大であることを意味している。 That is, in the above partial base sequence (note that the corresponding base sequences are described in symbols in the attached table. The same applies hereinafter), the first partial sequence (partial base sequence having 23 bases starting from the first base (probe) The symbol of the first base of the length: L = 23) is the same below) is “0”. This means that the partial sequence of 23 bases from the first base has a species, genus and family level rank of 0 as shown in Table 5, that is, the species, genus and family level. This means that the intra-group coincidence ratio at 80 is less than 80% or the number of out-of-group coincidence is larger than 20.
同様に、2番目の部分配列における最初の塩基(つまり、2番目の塩基)の記号も0である。したがって、この2番目の部分配列の種、属および科レベルのランクはいずれも0であることを意味している。また、例えば、上記塩基配列の15番目の記号は「u」であるから、表5を参照すると、種レベルのランクは3〜1、属レベルのランクは7〜1、科レベルのランクは7〜1である。つまり、このことは、種レベルの群外一致数が6〜20であること、属レベルならびに科レベルの群内一致率が100%〜80%、群外一致数が0〜20であることを意味している。 Similarly, the symbol of the first base (that is, the second base) in the second partial sequence is also 0. Therefore, the rank of the species, genus and family level of this second partial sequence is 0. For example, since the 15th symbol of the base sequence is “u”, referring to Table 5, the rank at the species level is 3-1, the rank at the genus level is 7-1, the rank at the family level is 7 ~ 1. In other words, this means that the number of out-of-group matches at the species level is 6-20, the in-group match rate at the genus and family levels is 100% -80%, and the number of out-of-group matches is 0-20. I mean.
さらに、例えば、上記塩基配列の67番目の記号は「A」であるから、表5を参照すると、種レベルのランクは5、属レベルのランクは9、科レベルのランクは9である。つまり、このことは、種レベルの群外一致数が0であること、属レベルならびに科レベルの群内一致率が100%、群外一致数が0であることを意味している。換言すると、上記塩基配列の67番目の記号「A」から始まる23個の塩基数からなる部分配列を有する菌種全ては、同一種、同一属ならびに同一科に属する菌種であると極めて高い確率で分類することができる。他の部分配列についても同様である。 Further, for example, since the 67th symbol of the base sequence is “A”, referring to Table 5, the rank at the species level is 5, the rank at the genus level is 9, and the rank at the family level is 9. That is, this means that the number of out-of-group matches at the species level is 0, the in-group match rate at the genus level and the family level is 100%, and the number of out-of-group matches is 0. In other words, all the bacterial species having a partial sequence consisting of 23 bases starting from the 67th symbol “A” in the above base sequence have a very high probability that they are bacterial species belonging to the same species, the same genus and the same family. It can be classified by. The same applies to other partial sequences.
また、塩基数、つまりプローブ長が、例えば15個(L=15)、19個(L=19)、30個(L=30)であっても実質的に同様にして、微生物の全ての菌種について、その属する分類学的階層を判別することが可能である。なお、塩基数が例えば15個、19個、30個である場合は、上記に記載した塩基数が23個(L=23)の場合と同様に各塩基配列の部分配列の比較ならびにランク付けを行って、同様に処理して判別に供することになる。その他の塩基数についても実質的には同じである。 Even if the number of bases, that is, the probe length is, for example, 15 (L = 15), 19 (L = 19), 30 (L = 30), all the microorganisms are substantially the same. It is possible to determine the taxonomic hierarchy to which a species belongs. For example, when the number of bases is 15, 19, or 30, comparison and ranking of partial sequences of each base sequence is performed in the same manner as in the case where the number of bases described above is 23 (L = 23). The same processing is performed for determination. The other base numbers are substantially the same.
なお、1例として、同一菌種Actinomycetaceae、Actinobaculum、Actinobaculum suis (配列番号3)について、塩基数が23個(L=23)と15個(L=15)との場合のランク付け(記号の表記)の違いを表8−1と表8−2にそれぞれ示す。 In addition, as an example, for the same bacterial species Actinomycetaceae, Actinobaculum, Actinobaculum suis (SEQ ID NO: 3), ranking with 23 bases (L = 23) and 15 bases (L = 15) (notation of symbols) ) Are shown in Table 8-1 and Table 8-2.
上記したように、部分配列の塩基数が異なると、微生物の塩基配列を構成する各塩基に対する群内一致率と群外一致数の特定が異なる場合があるが、この場合でも、上記で説明したプローブ長L=23の場合と同様にして、微生物の判別に適用することができる。つまり、この発明において、部分塩基配列の塩基数、つまりプローブ長が異なった場合には、目的群一致数(つまり、判別対象の塩基配列と一致する塩基配列を有する微生物群の数)は多少異なるが、上記に規定するプローブ長の範囲内においては、微生物の判別という目的に充分適っている。 As described above, when the number of bases in the partial sequence is different, the identification of the intra-group match rate and the number of out-of-group matches for each base constituting the base sequence of the microorganism may be different, but even in this case, as described above Similar to the case of the probe length L = 23, it can be applied to the discrimination of microorganisms. That is, in this invention, when the number of bases in the partial base sequence, that is, the probe length is different, the number of target group matches (that is, the number of microorganism groups having a base sequence that matches the base sequence to be discriminated) is somewhat different. However, it is well suited for the purpose of discrimination of microorganisms within the probe length range defined above.
以下に、プローブ長L=23、L=19およびL=15の場合において、2206菌種について目的群一致数は次のようになる。
例えば、プローブ長L=23の場合、群外一致数の許容度のランクがランク5の時、目的群一致数は1799菌種(82%)、ランク4の時363菌種(16%)となる。このことは、群外一致数の許容度のランクをランク5および4に設定することにより、全2206菌種の98%に相当する2162菌種を判別することができることを意味している。
Below, in the case of probe length L = 23, L = 19, and L = 15, the target group coincidence number for 2206 bacterial species is as follows.
For example, in the case of probe length L = 23, when the tolerance rank of the out-of-group coincidence rank is
これに対して、プローブ長L=19の場合、群外一致数の許容度のランクがランク5および4のとき、目的群ヒット数はそれぞれ1770菌種(80%)および386菌種(18%)となり、プローブ長をL=19に設定したときには、群外一致数の許容度のランクをランク5および4に設定することにより、全2206菌種の98%に相当する2156菌種を判別することができることになる。
同様に、プローブ長がL=15である場合、群外一致数の許容度のランクがランク5および4のとき、目的群ヒット数はそれぞれ1732菌種(79%)および406菌種(18%)となり、プローブ長をL=15に設定したときには、群外一致数の許容度のランクをランク5および4に設定することにより、全2206菌種の97%に相当する2138菌種を判別することができることになる。
On the other hand, when the probe length L = 19, when the tolerance rank of the number of out-of-group matches is ranks 5 and 4, the target group hit numbers are 1770 (80%) and 386 (18%), respectively. When the probe length is set to L = 19, 2156 bacterial species corresponding to 98% of all 2206 bacterial species are discriminated by setting the rank of tolerance of the number of out-of-group matches to
Similarly, when the probe length is L = 15 and the rank of tolerance of the number of out-of-group matches is ranks 5 and 4, the target group hit numbers are 1732 (79%) and 406 (18%), respectively. When the probe length is set to L = 15, 2138 strains corresponding to 97% of all 2206 strains are discriminated by setting the rank of tolerance of the number of out-of-group matches to
他方、プローブ長L=23の場合において、属(697属)、科(186科)、目(75目)、綱(31綱)および門(22門)について、群外一致数と群内一致率とのそれぞれの許容度の組合せに基づくランク9ならびに8毎の目的群一致数(率)は次のようになる。
先ず、属についての目的群一致数(率)は、ランク9のとき574属(82%)、またランク8のとき81属(12%)となり、ランク9と8に設定することにより697属の94%を判別することができることになる。
On the other hand, in the case of probe length L = 23, for the genus (genus 697), family (family 186), eye (75th), class (31 class) and gate (22), out-of-group coincidence and intra-group coincidence The number of target group matches (rate) for each of
First, the number of target group matches (rate) for the genus is 574 genera (82%) at
科についても、同様に、その目的一致数(率)は、ランク9のとき88科(47%)、ランク8のとき28科(15%)となり、ランク9と8に設定することにより186科の62%を判別することができることになる。
また、目、綱ならびに門についての目的一致数(率)は、目についてはランク9のとき27目(36%)、ランク8のとき10目(13%)となり、75目の49%、綱についてはランク9のとき12綱(38%)、ランク8のとき3綱(10%)となり、31綱の38%、また門についてはランク9のとき8門(36%)、ランク8のとき2門(10%)となり、22門の46%を判別可能であることになる。
Similarly, the number of coincidences (rates) for departments is 88 (47%) for
In addition, the number of objectives (rate) for eyes, ropes, and gates is 27 (36%) for
この発明において、上記のようにして規定される部分塩基配列から構成されるプローブは、微生物の属する微生物叢の階層を該微生物の塩基配列に基づいて判別することができる。この発明に係るプローブの塩基配列は、上記群外一致数単独の許容度に基づいて、または上記群外一致数と上記群内一致率とのそれぞれの許容度との組合せに基づいて選択することができる。 In this invention, the probe composed of the partial base sequence defined as described above can discriminate the hierarchy of the microbial flora to which the microorganism belongs based on the base sequence of the microorganism. The base sequence of the probe according to the present invention is selected based on the tolerance of the number of out-of-group matches alone or based on the combination of the number of out-of-group matches and the tolerance of each of the in-group matches. Can do.
上記のように群外一致数単独の許容度に基づいて選択されるプローブを使用することによって、その微生物の属する階層のうち種である階層を判別することができる。また、上記群外一致数と上記群内一致率との組合せに基づいて選択されるプローブを使用することによって、その微生物の属する階層のうち属、科、目、綱または門である階層を判別することができる。 As described above, by using a probe selected based on the tolerance of the number of out-of-group matches alone, it is possible to determine a layer that is a seed among the layers to which the microorganism belongs. In addition, by using a probe selected based on the combination of the number of out-of-group matches and the in-group match rate, it is possible to discriminate hierarchies belonging to the genus, family, eye, class or gate among the hierarchies to which the microorganism belongs. can do.
更に詳細には、上記のように規定される部分配列をプローブとして使用することによって、該プローブの塩基配列に相補的なヌクレオチド配列がDNAもしくはRNAサンプル中に存在するか検出することが可能である。したがつて、この発明のプローブを目的に応じて適切に選択すれば、DNAもしくはRNAサンプル中に存在する該プローブの塩基配列に相補的なヌクレオチド配列を検出することができる。つまり、例えば、ある属の菌種がサンプル中に存在するかどうかを調査するのが目的の場合は、その属中の全菌種に共通の部分配列を共通プローブとして選択することにより、サンプル中に存在する共通プローブの塩基配列に相補的なヌクレオチド配列を持つ菌種を検出することができる。表4に示した部分塩基配列を例にすると、例えば、67番目の記号「A」を有する塩基から連続する塩基数23個の塩基配列を持つプローブを利用することによって、Holophaga属に属する全ての菌種を検出することが可能である。 More specifically, by using the partial sequence defined above as a probe, it is possible to detect whether a nucleotide sequence complementary to the base sequence of the probe is present in a DNA or RNA sample. . Therefore, if the probe of the present invention is appropriately selected according to the purpose, a nucleotide sequence complementary to the base sequence of the probe present in a DNA or RNA sample can be detected. In other words, for example, if the objective is to investigate whether a species of a genus is present in a sample, a partial sequence common to all species in that genus is selected as a common probe. Strains having a nucleotide sequence complementary to the base sequence of the common probe present in can be detected. Taking the partial base sequence shown in Table 4 as an example, for example, by using a probe having a base sequence of 23 bases consecutive from the base having the 67th symbol “A”, all the probes belonging to the genus Holophaga It is possible to detect the bacterial species.
別の方法としては、上記部分配列と相補的配列を持つプローブを人工的に合成して使用するのがよい。この場合には、上記部分配列を有する塩基配列がプローブにハイブリダイゼーションすることによって、最終的に上記部分配列を持つ菌種を検出することが可能となる。 As another method, a probe having a sequence complementary to the partial sequence may be artificially synthesized and used. In this case, the base sequence having the partial sequence hybridizes to the probe, so that it is possible to finally detect the bacterial species having the partial sequence.
この発明において、目的のプローブを特定して検出するために、プローブを標識するのがよい。プローブの標識方法にしても、同位元素や免疫マーカーで行う方法が一般的であるが、標識方法については当該技術分野で慣用されている常法で行うことができ、特に制限されるものではない。標識プローブは、加熱などの手段にて変性してDNA単鎖に分離し、標的DNAもしくはRNAをハイブリダイゼーションさせることができる。 In this invention, in order to identify and detect the target probe, the probe is preferably labeled. As a probe labeling method, a method using an isotope or an immunomarker is generally used, but the labeling method can be performed by a conventional method commonly used in the technical field, and is not particularly limited. . The labeled probe can be denatured and separated into DNA single strands by means of heating or the like, and the target DNA or RNA can be hybridized.
目的のプローブを検出には、標的DNAもしくはRNAをメンブレンに固相化してもよく、またin situでおこなってもよい。この場合、DNA配列やRNA転写物はオートラジオグラフィーやイメージングなどの加視化技法などの当該技術分野で慣用されている常法で加視化などして観察することができる。 To detect the target probe, the target DNA or RNA may be immobilized on a membrane, or in situ. In this case, the DNA sequence and the RNA transcript can be observed by visualization by a conventional method commonly used in the technical field such as visualization techniques such as autoradiography and imaging.
また、この発明に係るプローブは、マイクロアレイなどの高密度アレイとしてガラススライドやチップなどの不活性担体表面に固相化し、このプローブに標的DNAをハイブリダイゼーションすることもできる。これらの高密度アレイはいずれも当該技術分野で慣用されている手法により製造することができる。例えば、DNAチップの作成方法としては、半導体産業で使用されているリソグラフィー技術を用いてチップ上にDNAプローブを合成・精製する方法、予め合成したDNAプローブをチップ上にスポット状に形成する方法、インクジェット技術を用いてDNAプローブをチップ上にマトリツクッスアレイ状に形成する方法などが知られている。 In addition, the probe according to the present invention can be immobilized on a surface of an inert carrier such as a glass slide or a chip as a high-density array such as a microarray, and target DNA can be hybridized with the probe. Any of these high-density arrays can be manufactured by techniques commonly used in the art. For example, as a method of creating a DNA chip, a method of synthesizing and purifying a DNA probe on a chip using a lithography technique used in the semiconductor industry, a method of forming a pre-synthesized DNA probe in a spot shape on a chip, A method of forming a DNA probe on a chip in a matrix array using an inkjet technique is known.
上記のように作成されたマイクロアレイには、該群外一致数の許容度単独に基づいてまたは該群外一致数と該群内一致率のそれぞれの許容度の組合せに基づいて選択される部分塩基配列からなるプローブが慣用手段によって例えば固定化されているのがよい。 The microarray prepared as described above has a partial base selected based on the tolerance of the number of matches outside the group alone or based on the combination of the tolerances of the number of matches outside the group and the percentage of matches within the group. For example, a probe comprising an array may be immobilized by conventional means.
この発明に係るマイクロアレイにおいて、同一階層を構成する全てのもしくは実質的に全ての群から選択されるプローブが同一階層を構成する全てのもしくは実質的に全ての群を網羅的に固定化されているのがよい。換言すると、例えば、判別対象の微生物の種名を検索する場合には、マイクロアレイには、該群外一致数の許容度単独に基づいて選択される部分塩基配列からなるプローブであって、同一階層である種を構成する全てのもしくは実質的に全ての群が網羅的に固定化されている。つまり、この発明において、各細菌のオリジナル16SrDNA(3463塩基)から抽出・フィルタリングされた2206菌種またはそれ以下の数の菌種であっても、実質的に全ての菌種が有する部分塩基配列からなるプローブを網羅的に配置したマイクロアレイを使用することによって、判別対象の微生物の種名を特定することができる。 In the microarray according to the present invention, probes selected from all or substantially all groups constituting the same hierarchy are comprehensively immobilized on all or substantially all groups constituting the same hierarchy. It is good. In other words, for example, when searching for the species name of the microorganism to be discriminated, the microarray includes probes consisting of partial base sequences selected based on the tolerance of the number of out-of-group matches alone, All or substantially all the groups constituting a certain species are comprehensively immobilized. That is, in this invention, even if it is 2206 bacterial species extracted from the original 16SrDNA (3463 bases) of each bacterium or filtered, or less than that, the partial base sequence possessed by substantially all bacterial species. By using a microarray in which probes are arranged in an exhaustive manner, the species name of the microorganism to be discriminated can be specified.
他方、この発明に係るマイクロアレイを使用して判別対象の微生物の属種名を検索するためには、マイクロアレイには、群外一致数と群内一致率のそれぞれの許容度に基づいて、その微生物の属する属(階層)を構成する全てのまたは実質的に全ての属(群)から選択される部分塩基配列からなる全てのもしくは実質的に全てのプローブが網羅的に例えば固定化されているのがよい。
なお、判別対象の微生物が属する属よりも上位の階層を判別するためには、同様にプローブを配置したマイクロアレイを使用することによって行うことができる。
On the other hand, in order to search for the genus species name of the microorganism to be discriminated using the microarray according to the present invention, the microarray includes the microorganisms based on the respective tolerances of the out-of-group coincidence number and the within-group coincidence rate. All or substantially all probes consisting of partial base sequences selected from all or substantially all genera (groups) constituting the genera (hierarchy) to which Is good.
In addition, in order to discriminate | determine a hierarchy higher than the genus to which the microorganisms of discrimination | determination belong, it can carry out by using the microarray which has arrange | positioned the probe similarly.
この発明において、微生物の判別精度を高めるためには、使用するマイクロアレイには、例えば、上記群外一致数の許容度または上記群外一致数と上記群内一致率とのそれぞれの許容度の組合せに基づいてランク付けされた部分塩基配列のうち、そのランクが所定のランクよりも高い部分塩基配列からなるプローブを配置するのがよい。 In the present invention, in order to increase the discrimination accuracy of microorganisms, the microarray to be used includes, for example, the tolerance of the number of out-of-group matches or the combination of the degrees of tolerance of the number of out-of-group matches and the in-group match rate. Among the partial base sequences ranked based on the above, it is preferable to arrange a probe having a partial base sequence whose rank is higher than a predetermined rank.
この発明に係るマイクロアレイは、上記群外一致数が0個から20個まで、好ましくは0個から10個まで、より好ましくは0個から5個まで、特に好ましくは0個の許容度を持ってランク付けされたプローブが固定されているのがよい。 The microarray according to the present invention has an allowance of 0 to 20, preferably 0 to 10, more preferably 0 to 5, and particularly preferably 0. The ranked probe should be fixed.
また、この発明に係るマイクロアレイは、上記群外一致数が0個から20個まで、好ましくは0個から10個まで、より好ましくは0個の許容度と、上記群内一致率が100%から80%まで、好ましくは100%から90%まで、より好ましくは100%の許容度との組合せに基づいてランク付けされたプローブが固定されているのがよい。 In the microarray according to the present invention, the number of out-of-group coincidence is 0 to 20, preferably 0 to 10, more preferably 0, and the intra-group coincidence rate is 100%. Probes ranked based on a combination of up to 80%, preferably 100% to 90%, more preferably 100% tolerance may be fixed.
さらに、この発明に係るマイクロアレイには、上記同一階層と異なる階層を全てもしくは実質的に全て網羅するプローブが追加して結合されているのがよい。その上、上記マイクロアレイにおいて、例えば、上記同一階層が属である場合は、上位階層は属の上位階層である科であることを意味している。その他の場合も同様である。 Furthermore, the microarray according to the present invention may be additionally coupled with probes that cover all or substantially all the layers different from the same layer. In addition, in the microarray, for example, when the same hierarchy belongs, it means that the upper hierarchy is a family that is the higher hierarchy of the genus. The same applies to other cases.
更に詳細には、例えば、この発明の目的がHolophaga
foetida 等の菌種の検索である場合は、各菌種を代表するプローブ、つまり、表1に示すような上記群外一致数のうち高い許容度の群外一致数でランク(例えば、ランク5および4)付けした塩基(i番目)から塩基数(例えば、L=23)からなるプローブを、全菌種を網羅するように選択して、マイクロアレイ上に配置するのがよい。なお、この発明においては、現時点では2206菌種について網羅しているが、今後未知菌種の同定などによりタイプカルチャーが増加したりして菌種の数が変化して現在の菌種総数も変化する場合でも、この発明の範囲に包含されることは当然である。また、菌種総数が変化すれば、その菌種が属する階層も変化する場合があることも当然である。
More specifically, for example, the object of the present invention is Holophaga
In the case of searching for bacterial species such as foetida, a rank (for example, rank 5) of probes representing each bacterial species, that is, the number of out-of-group matches with a high tolerance among the above-mentioned out-of-group matches as shown in Table 1. And 4) Probes consisting of the number of attached bases (i-th) to the number of bases (for example, L = 23) are preferably selected so as to cover all bacterial species and placed on the microarray. In addition, in this invention, although 2206 bacterial species are covered at present, the number of bacterial species changes due to an increase in type culture due to identification of unknown bacterial species in the future, and the current total number of bacterial species also changes. Even if it does, it is naturally included in the scope of the present invention. Of course, if the total number of bacterial species changes, the hierarchy to which the bacterial species belongs may also change.
この発明が上記菌種より上位の階層、つまり属、科、目、綱および/または門に属する菌を検出することが目的である場合には、各階層を代表するプローブ、つまり、表1および2のいずれかに示すような上記群内一致率と群外一致数との組合せのうち高い許容度のランク(例えば、ランク9、8および7)付けした塩基(i番目)から塩基数(例えば、L=23)からなるプローブを、各階層の全てを網羅するように選択して、マイクロアレイ上に配置するのがよい。 When the present invention is intended to detect a higher rank than the above bacterial species, that is, bacteria belonging to the genus, family, eye, class and / or gate, probes representing each hierarchy, that is, Table 1 and Among the combinations of the intra-group coincidence rate and the out-of-group coincidence as shown in any of 2 above, the number of bases (for example, the number of bases (for example, ranks 9, 8, and 7) assigned from the base (i-th) , L = 23) is preferably selected so as to cover all the layers and arranged on the microarray.
したがって、この発明は、種のみを探索する目的であれば、種だけを特定可能なようにプローブを配置したマイクロアレイを提供することができるとともに、種と属とを同時に検索する目的であれば、種と属とを同時に特定可能なようにプローブを配置したマイクロアレイを提供することもできる。同様に、属より上位の階層で区別して微生物を判別する目的であれば、かかる階層に属する微生物を特定できるようにプローブを配置したマイクロアレイを提供することもできる。 Therefore, the present invention can provide a microarray in which probes are arranged so that only the species can be specified if the purpose is to search for only the species, and if the purpose is to simultaneously search for the species and the genus, It is also possible to provide a microarray in which probes are arranged so that species and genera can be identified simultaneously. Similarly, for the purpose of distinguishing microorganisms in a hierarchy higher than the genus, a microarray in which probes are arranged so that microorganisms belonging to the hierarchy can be specified can be provided.
現在では、数万単位のプローブを配置したマイクロアレイも製造することができることから、この発明でも、全階層を同時に探索できるように、全階層を網羅する全てのプローブを同一アレイに配置したマイクロアレイも提供することができる。 Currently, microarrays with tens of thousands of probes can be manufactured, so this invention also provides microarrays with all probes covering all levels arranged in the same array so that all levels can be searched simultaneously. can do.
この発明に係る上記態様を使用することにより、既知の微生物はもちろんのこと、未知の微生物もスクリーニングすることができる。特に、未知の微生物のスクリーニングを考えると、微生物は、例えば、同じ属に属するものであれば、分類学的に同じ特徴的塩基配列を有していることが多いことから、属レベルで探索した場合、同一属に属し、菌種名が未知の菌種をスクリーニングすることができる。このような未知菌種が探索できれば、その菌種を更に特定することができ、その菌種が有用な菌であるか、または有害な菌であるかなどその微生物の詳細な情報を調べることができる。 By using the above embodiment according to the present invention, not only known microorganisms but also unknown microorganisms can be screened. In particular, considering screening for unknown microorganisms, for example, if microorganisms belong to the same genus, they often have the same characteristic base sequence taxonomically, so we searched at the genus level. In this case, bacterial species belonging to the same genus and whose bacterial species name is unknown can be screened. If such an unknown bacterial species can be searched, the bacterial species can be further specified, and detailed information on the microorganism such as whether the bacterial species is a useful or harmful bacteria can be examined. it can.
この発明に係る微生物の判別方法は、各階層レベルで微生物を判別することができることから、ある特定の機能を有する菌がサンプル中に存在するかどうかを、例えば属レベルで探索することによって、有用菌や有害菌など、更には未知菌のスクリーニングにも利用することができる。
また、この発明に係るプローブは、各階層レベルで微生物を判別することができることから、DNAチップなどのマイクロアレイに例えば固定化することにより簡便にかつ迅速に微生物を判別することができることから、微生物を使用・応用する分野に幅広く利用することができると期待される。
Since the microorganism discrimination method according to the present invention can discriminate microorganisms at each hierarchical level, it is useful, for example, by searching at the genus level to determine whether or not bacteria having a specific function are present in the sample. It can also be used for screening unknown bacteria such as bacteria and harmful bacteria.
In addition, since the probe according to the present invention can discriminate microorganisms at each hierarchical level, microorganisms can be easily and quickly discriminated by, for example, being immobilized on a microarray such as a DNA chip. It is expected that it can be used widely in the fields of use and application.
Claims (39)
a)該微生物の属する同一階層を構成する第1群の所定塩基数からなる第1部分塩基配列と一致する部分塩基配列を有する該同一階層を構成する該第1群以外の第2群の中の種の個数(以下、「群外一致数」という。)と、
b)該同一階層を構成する該第1群の中で、第1部分塩基配列と一致する部分塩基配列を有する種の個数が第1群の全ての種の個数に対して占める割合(以下、「群内一致率」という。)と、
に基づいて、該微生物の属する階層を判別することを特徴とする微生物の判別方法。 A method for identifying microorganisms, wherein the hierarchy of the microflora to which microorganisms belong is determined based on the base sequence of the microorganisms,
a) In a second group other than the first group constituting the same layer having a partial base sequence that coincides with a first partial base sequence consisting of a predetermined number of bases of the first group constituting the same layer to which the microorganism belongs The number of seeds (hereinafter referred to as "the number of out-of-group matches"),
b) In the first group constituting the same layer, the ratio of the number of species having a partial base sequence that matches the first partial base sequence to the number of all species in the first group (hereinafter, "Intragroup match rate"),
A method for distinguishing microorganisms, characterized in that the hierarchy to which the microorganism belongs is determined based on the above.
a)該微生物の属する同一階層を構成する第1群の所定塩基数からなる第1部分塩基配列と一致する部分塩基配列を有する該同一階層を構成する該第1群以外の第2群の中の種の個数(以下、「群外一致数」という。)と、
b)該同一階層を構成する該第1群の中で、第1部分塩基配列と一致する部分塩基配列を有する種の個数が第1群の全ての種の個数に対して占める割合(以下、「群内一致率」という。)との組合せ、または前記群外一致数だけに基づいて、選択されたプローブであることを特徴とするプローブ。 A probe for discriminating the hierarchy of the microflora to which the microorganism belongs based on the base sequence of the microorganism,
a) In a second group other than the first group constituting the same layer having a partial base sequence that coincides with a first partial base sequence consisting of a predetermined number of bases of the first group constituting the same layer to which the microorganism belongs The number of seeds (hereinafter referred to as "the number of out-of-group matches"),
b) In the first group constituting the same layer, the ratio of the number of species having a partial base sequence that matches the first partial base sequence to the number of all species in the first group (hereinafter, The probe is selected based on the combination with the “in-group coincidence rate” or only the number of coincidence outside the group.
b)該同一階層を構成する該第1群の中で、第1部分塩基配列と一致する部分塩基配列を有する種の個数が第1群の全ての種の個数に対して占める割合(以下、「群内一致率」という。)との組合せ、または前記群外一致数だけに基づいて選択されるプローブであって、同一階層を構成する全てのもしくは実質的に全ての群から選択されるプローブが同一階層を構成する全てのもしくは実質的に全ての群を網羅的に固定されているマイクロアレイであることを特徴とするマイクロアレイ。 a) in a second group other than the first group constituting the same layer having a partial base sequence corresponding to the first partial base sequence consisting of a predetermined number of bases of the first group constituting the same layer to which the microorganism belongs The number of species (hereinafter referred to as “the number of out-of-group matches”);
b) In the first group constituting the same layer, the ratio of the number of species having a partial base sequence that matches the first partial base sequence to the number of all species in the first group (hereinafter, A probe selected based on only the combination number or the number of out-of-group matches, and selected from all or substantially all groups constituting the same hierarchy. Is a microarray in which all or substantially all of the groups constituting the same hierarchy are fixed comprehensively.
35. A method for screening microorganisms, comprising screening microorganisms using the microarray according to any one of claims 26 to 34.
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