主办单位：中国土壤学会土壤生物与生物化学专业委员会

主办单位：中国微生物学会环境微生物专业委员会

承办单位：中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室

承办单位：Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology

培训班简介：

一、技术与科学问题简介：

重大的技术革新通常会导致原创性的理论突破。20世纪50年代超高速离心技术直接催生了DNA半保留复制经典理论；20世纪90年代测序技术揭示了 地球环境中极其丰富的微生物资源，奠定了生物三域分类的理论基础。据估算，地球微生物数量高达1030，重量大约万亿吨，是地球其它生物包括人类赖以生存 的前提。科学认知巨大的微生物资源，系统评价微生物的功能，深度发掘微生物应用技术，是21世纪环境微生物学的难点与热点。

稳定性同位素核酸探针DNA/RNA-SIP（DNA/RNA-based Stable Isotope Probing）技术是鉴定、评价与开发复杂环境中重要微生物资源的新方法，其技术原理与DNA半保留复制理论相似。1958年Meselson和 Stahl针对大肠杆菌，利用15N标记基因组DNA，提出了DNA半保留复制理论；2000年英国Collin Murrell实验室针对复杂土壤，利用13C示踪微生物核酸DNA，开拓了原位发掘重要功能微生物资源的研究领域。DNA/RNA-SIP的基本技术路 径是：利用稳定性重同位素底物（13C、15N and/or 18O）原位培养复杂环境样品；超高速离心获得目标微生物群落的重同位素DNA/RNA及其下游分析。DNA/RNA-SIP实现了单一微生物向复杂微生 物群落研究的转变，为在群落整体水平，系统研究微生物在自然环境中重要生理过程的分子调控机制，定向发掘重要微生物资源和生物技术开发提供了关键技术支 撑。

巨大的微生物多样性是自然环境条件下生物与生物以及生物与环境长期相互作用的结果。DNA/RNA-SIP技术、超高速离心技术以及新一代454高 通量测序技术相结合，是准确认知微生物多样性形成的机制、驱动力及可能演化方向的重要手段；是传统组学研究从“大规模测序为目的”转向“解决重大科学问题 和突破关键技术应用瓶颈为目的”的重要工具。目前，DNA/RNA-SIP技术在微生物生态及环境微生物学领域得到了广泛应用；以新一代测序为基础的 SIP技术在肠道微生物生理生态与健康医学、生物活性物质高通量筛选以及合成生物学等方面具有重要应用前景。

为了促进同位素标记技术在环境微生物及微生物生态领域的应用，提高国内青年科研人员与研究生的相关理论认识与实际操作水平，拟定于12月19日 －23日在南京举办“稳定性同位素核酸探针（DNA/RNA-SIP）技术培训班”。培训班由中国土壤学会土壤生物与生物化学专业委员会、中国微生物学会 环境微生物专业委员会联合主办；国家自然科学基金委重大项目、中国科学院人事教育局提供部分资助；中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点 实验室、德国马普陆地微生物研究所联合承办。本次培训班将邀请德国马普陆地微生物研究所、英国Warwick大学、中国科学院等相关专家进行理论培训，为 学员提供实际操作机会，使学员掌握DNA/RNA-SIP技术的基本理论、实验操作、数据分析、核心问题及应对策略；了解新一代454测序为基础的SIP 技术及其发展趋势。

二、理论与操作内容简介：

（1）理论课程主要内容：

超高速密度梯度离心原理；

稳定性同位素核酸探针技术概述；

稳定性同位素核酸探针研究的设计原则、技术核心与关键问题；

稳定性13C同位素核酸探针DNA-，rRNA-，mRNA-SIP原理与应用；

新一代454高通量测序、环境基因组学与SIP技术的结合与综合应用。

（2）实验操作主要内容：

以纯菌为基础的DNA-SIP基本操作、荧光定量PCR、凝胶电泳分析等；

以土壤甲烷氧化过程为基础的DNA-SIP基本操作，包括：13C-CH4培养土壤、土壤微生物基因组DNA提取、超高速密度梯度离心获取不同浮力密度DNA、13C-DNA分离及标记程度鉴定、13C-DNA下游分析等。

三、主要授课专家：

Dr. Marc Dumont (MPI-Marburg, Germany)

Dr. Marc Dumont is a project group leader at the Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology in Marburg, Germany. He obtained his PhD degree in 2004 from the University of Warwick, Coventry UK. His primary research interest is in methanotrophic bacteria and has studied their diversity and activity in several environmental systems including soils and lake sediments. He has been using the SIP technique since his doctoral work in the laboratory of Prof. Colin Murrell and was one of the first to use 13C-DNA for the construction of metagenomic libraries (Dumont et al. 2006, Environ. Microbiol. 8: 1240-1250). Subsequently, in collaboration with Josh Neufeld and Yin Chen in the lab of Colin Murrell, this approach was further extended by amplifying the heavy DNA for cloning using whole genome amplification (Neufeld et al. 2008, Environ. Microbiol. 74:1526-1535; Chen et al., 2008, Environ. Microbiol. 10:2609-2622). Most recently he has been pursuing an mRNA-SIP approach (Dumont et al., 2011, Environ. Microbiol. 13:1153-1167) and he and coworkers have shown that mRNA-SIP can be a more sensitive method to labeling slow-growing microorganisms, such as ammonia oxidizing archaea (Pratscher et al., 2011, Proc. Nat. Acad. Sci. 108:4170-4175) and atmospheric methane oxidizing bacteria in forest soils (Pratscher et al., 2011, Environ. Microbiol., in press).

Dumont博士是马普陆地微生物研究所的Group Leader，是SIP技术的国际著名专家，在国际上最早开展了DNA-SIP为基础的环境基因组学研究，系统发展了rRNA和mRNA为基础的SIP技 术研究。在甲烷氧化微生物的遗传学、生物化学和环境微生物学领域具有深厚造诣，在分子微生物领域的国际顶级刊物Nature Reviews Microbiology, Molecular Microbiology, Current Opinion in Biotechnology, PNAS, Nature Protocol, Environmental Microbiology, Applied Environmental Microbiology等杂志发表论文20余篇。

代表性著作：

（1）Dumont MG, Pommerenke B, Casper P, Conrad R (2011) DNA-, rRNA- and mRNA-based stable isotope probing of aerobic methanotrophs in lake sediment. Environmental Microbiology 13: 1153-1167

（2）Dumont MG, Radajewski SM, Miguez CB, McDonald IR, Murrell CJ (2006) Identification of a complete methane monooxygenase operon from soil by combining stable isotope probing and metagenomic analysis. Environmental Microbiology 8: 1240-1250

（3）Dumont MG, Murrell JC (2005) Stable isotope probing: linking microbial identity to function. Nature Reviews Microbiology 3: 499-504

Dr. Yin Chen (University of Warwick, UK)

Dr. Yin Chen is a senior research fellow and group leader at University of Warwick, United Kingdom. He obtained his BSc (2002) and MSc (2005) degree from Tsinghua University and PhD (2008) from University of Warwick. His current research focuses on the microbial diversity and ecology of microorganisms involved in the production and degradation of methylated amines in the environment. His Phd research focused on the molecular ecology of methane oxidizing bacteria in UK peatlands, using a number of cutting-edge techniques, including SIP. His Postdoctoral research focused on the metabolic pathways of methane and methylamine metabolism in Methylocella silvestris, using genetic, pan-genomic and biochemical techniques. He has published 24 papers and 6 book chapters and has been regularly invited to review manuscripts from top journals of the field.

陈银博士,现任英国华威大学生命科学院Senior Research Fellow和Group Leader，是SIP技术的国际著名专家。较早的开展了将SIP技术和环境基因组技术结合用于湿地中甲烷氧化菌生态的研究。在环境微生物领域顶级刊物 Environmental Microbiology, The ISME Journal, Trends in Microbiology, Applied and Environmental Microbiology等发表文章20余篇。

代表性著作：

（1）Chen Y, Murrell JC (2010) When metagenomics meets stable-isotope probing: progress and perspectives. Trends in Microbiology, 18 (4), 157 – 163.

（2）Chen Y et al. (2008) Revealing the uncultivated majority: combining DNA stable-isotope probing, multiple displacement amplification and metagenomic analyses of uncultivated Methylocystis in acidic peatlands. Environmental Microbiology, 10 (10), 2609 – 2622.

（3）Chen Y et al. (2008) Diversity of the active methanotrophic community in acidic peatlands as assessed by mRNA and SIP-PLFA analyses. Environmental Microbiology, 10 (2), 446 – 459.

贾仲君研究员（中科院南京土壤研究所）

Dr. Zhongjun Jia obtained Ph.D degree in 2002 at Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences. Since then, he worked on atmospheric methane oxidizers in grassland soils at USDA/ARS and Colorado School of Mines (2002-2003), methan-oxidizing bacteria in paddy field at Nagoya University of Japan (2003-2006) and ammonia oxidizers in agricultural soil at Max-Planck Institute for Terrestrial Microbiology of Germany (2006-2008). He has detailed the protocol DNA/RNA-SIP in a chapter of book entitled “Principles and methods of soil microbiology and research”, and published a methodological review paper in Acta Microbiologica Sinica. By quantitative analysis of isopycnic centrifugation gradients using the functional genes of targeted microorganisms, his research work has significantly improved the sensitivity of DNA-SIP to convincingly show the gradient fractions with isotopically highly enriched 13C- DNA. Dr. Jia has extended this work recently by combining DNA-SIP with pyrosequencing, which will fundamentally change the accuracy, sensitivity and utility of DNA/RNA-SIP in microbial ecology and biotechnology application.

贾仲君，中国科学院南京土壤研究所研究员。1997年毕业于山西大学，2002年南京土壤研究所获博士学位。 2002-2003研究草地土壤大气甲烷氧化微生物（美国农业部与科罗拉多矿业大学）；2003-2006年从事稻田甲烷和氨氧化微生物生理生态学研究 （日本名古屋大学）；2006-2008年从事土壤氨氧化微生物生理生态学研究（马普陆地微生物研究）。2008年入选中国科学院引进国外杰出人才－项目 百人计划。采用荧光实时定量PCR标靶功能基因技术，显著提高了13C-DNA检测灵敏度，发现氨氧化细菌AOB主导德国典型农田土壤氨氧化过程；进一步 开发了新一代454高通量测序为基础的DNA-SIP技术，初步定量了氨氧化细菌AOB和氨氧化古菌AOA对农田土壤硝化过程的相对贡献，表明AOB主导 我国华北平原典型潮土氨氧化；结合硝化抑制剂技术，清楚揭示了复杂农田土壤中硝化微生物群落无机化能自养生长的生理代谢特征。相关研究成果发表在国际知名 刊物如Environmental Microbiology, The ISME Journal等杂志。

代表性著作：

（1）Xia W, Zhang C, Zeng X, Feng Y, Weng J, Lin X, Zhu J, Xiong Z, Xu J, Cai Z, Jia Z (2011) Autotrophic growth of nitrifying community in an agricultural soil. ISME J 5: 1226-1236.

（2）贾仲君. (2011) 稳定性同位素核酸探针技术DNA-SIP原理与应用. 微生物学报. In press.

（3）贾仲君. (2010) 稳定性同位素技术的应用.//林先贵. 土壤微生物研究原理与方法. 第二版. 北京: 高等教育出版社, 294-321.

四、培训班人数

（1）技术培训班（4天）：拟招收学员15人，每5人一组，以保证每个学员全程参与DNA-SIP技术的基本操作时间。技术培训班学员将同时参与理论培训班，鼓励有一定分子生态学基础的青年科研人员和在读研究生报名参加技术培训；

（2）理论培训班（1天）：参加学员人数不限，欢迎不同学科领域的的青年科研人员报名参加；理论课具体时间安排请关注第二轮通知。

五、培训时间：

2011年12月19日至23日

六、培训地点与费用：

（1）理论课培训地点：中国科学院南京土壤研究所学术报告厅；

（2）理论课培训费用：人民币200元，主要包括SIP技术相关参考书籍与论文。

（3）技术课培训地点：中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室、中国科学院土壤与环境分析测试中心；

（4）技术课培训费用：人民币3000元，主要包括用实验药品、耗材等，不足部分由国家自然科学基金委重大项目、中国科学院人事教育局支付。协助统一安排学员食宿，费用自理。

七、报名时间：

（1）技术培训班报名截止时间：2011年11月10 日；

（2）理论培训班报名截止时间：2011年12月10日；

（3）第二轮通知时间：2011年11月19日。

八、报名方式：

（1）联系人：中国科学院南京土壤研究所，王保战博士；

（2）联系地址： 该E-mail地址已受到防止垃圾邮件机器人的保护，您必须启用浏览器的Java Script才能看到。 （邮件主题栏内请注明“DNA/RNA-SIP培训班报名”）；电话：025-86881850

中国科学院南京土壤研究所

土壤与农业可持续发展国家重点实验室

2011年7月20日

http://www.issas.ac.cn/xwzx/xshd/201108/t20110815_3322344.html