引言：
傳統(tǒng)方法之困——99%的微生物資源為何“不可見(jiàn)”？傳統(tǒng)微生物篩選依賴平板培養(yǎng)，但面臨兩大瓶頸：
?效率低下：?jiǎn)未螌?shí)驗(yàn)僅能篩選數(shù)百菌株，耗時(shí)數(shù)月；
?“稀有菌盲區(qū)”：95%的微生物因豐度低、生長(zhǎng)慢被忽視，成為“沉默基因庫(kù)”。
本次研究由貴州大學(xué)與清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)袂主導(dǎo)，貴州大學(xué)李祝研究員、魏龍鳳博士，攜手清華大學(xué)張翀教授團(tuán)隊(duì)，將微生物學(xué)、農(nóng)業(yè)生物工程、微流控技術(shù)與合成生物學(xué)領(lǐng)域的前沿深度融合，突破傳統(tǒng)培養(yǎng)瓶頸，3小時(shí)篩選30萬(wàn)微生物，效率提升3000倍，并首次捕獲Lelliottia、Buttiauxella等稀有拮抗菌。
一、研究亮點(diǎn)
本研究通過(guò)DREM cell設(shè)備（高通量皮升級(jí)液滴單細(xì)胞分選系統(tǒng)），成功從魔芋根際土壤中篩選出32株對(duì)軟腐病菌Ecc15具有顯著抑制效果的拮抗菌，其中菌株D-62的抑菌圈直徑達(dá)20.86mm，并在魔芋球莖實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證其生防潛力。研究對(duì)比傳統(tǒng)平板培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)：
1.多樣性優(yōu)勢(shì)
DREM cell液滴培養(yǎng)的物種豐富度（ACE指數(shù)）較平板高3倍，檢測(cè)到4,255個(gè)OTUs，涵蓋33個(gè)細(xì)菌門，其中95%屬于稀有生物圈（相對(duì)豐度<0.01%），包括Lelliottia、Buttiauxella等未報(bào)道的新資源。而平板培養(yǎng)僅獲得638個(gè)OTUs，集中在17個(gè)門，其中優(yōu)勢(shì)菌（如Pseudomonas、 Acinetobacter ）占比>80%。
2.效率提升
DREM cell單次篩選通量達(dá)3×105細(xì)胞/3小時(shí)，效率較傳統(tǒng)方法提升3000倍，培養(yǎng)基消耗降低1.2×107倍。
3.成本優(yōu)化
DREM cell設(shè)備自動(dòng)化減少了人工干預(yù)，基礎(chǔ)設(shè)施與耗材成本顯著下降。
二、DREM cell如何賦能微生物研究
1.液滴生成
通過(guò)DREM cell液滴生成芯片生成14 pL均一液滴，基于泊松分布（λ～0.1）實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞包被，單細(xì)胞包被率>90%，避免種間競(jìng)爭(zhēng)，保留慢生長(zhǎng)菌株。
液滴作為獨(dú)立微反應(yīng)器，液滴內(nèi)培養(yǎng)基含土壤提取物（CESE），模擬自然環(huán)境，支持難培養(yǎng)微生物生長(zhǎng)，成功培養(yǎng)出傳統(tǒng)方法無(wú)法檢測(cè)的稀有菌群（如Rhodococcus），拓寬資源庫(kù)。
2.液滴培養(yǎng)、檢測(cè)
液滴在30°C培養(yǎng)3天，形成獨(dú)立微反應(yīng)器，引入GFP標(biāo)記的軟腐病菌（GFP-Ecc15）作為報(bào)告株，通過(guò)熒光信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)拮抗活性（低熒光=抑菌）。
3.液滴分選
通過(guò)DREM cell液滴分選芯片根據(jù)熒光強(qiáng)度篩選低信號(hào)液滴，富集拮抗菌，通量達(dá)3×105細(xì)胞/3小時(shí)。
4.功能驗(yàn)證
分選菌株通過(guò)瓊脂擴(kuò)散法驗(yàn)證抑菌圈，結(jié)合16S rRNA測(cè)序鑒定物種，并通過(guò)魔芋球莖感染模型評(píng)估生防效果。
三、技術(shù)對(duì)比
多樣性分析：DREM cell液滴培養(yǎng)的α多樣性指數(shù)（ACE、Chao1）顯著高于平板（物種數(shù)提升3倍），檢測(cè)到33個(gè)細(xì)菌門（平板僅17個(gè)），稀有菌占比>95%（如Lelliottia、Buttiauxella等）。
效率與成本：DREM cell篩選效率較傳統(tǒng)平板篩選提升3000倍，培養(yǎng)基消耗降低1.2×107倍，人力成本減少80%。微升級(jí)試劑消耗，單次實(shí)驗(yàn)成本僅為傳統(tǒng)方法的萬(wàn)分之一。
四、研究結(jié)果與結(jié)論
1.研究結(jié)果
從魔芋根際土壤中篩選32株拮抗菌，分屬9個(gè)屬（如Serratia、Bacillus），其中菌株D-62（Bacillus sp.）抑菌圈直徑達(dá)20.86 mm，顯著抑制魔芋軟腐病。DREM cell成功捕獲傳統(tǒng)方法未檢測(cè)的稀有菌（如Leclercia等），驗(yàn)證液滴培養(yǎng)在微生物資源挖掘中的不可替代性。
D-62預(yù)處理使魔芋球莖感染斑直徑降低60%，證實(shí)其田間應(yīng)用潛力。
DREM cell通過(guò)“單細(xì)胞包被-靶向分選-功能驗(yàn)證”閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)高通量、低成本、高靈敏度的拮抗菌篩選，為植物病害生物防治提供新策略，尤其適用于稀有微生物資源開(kāi)發(fā)。
關(guān)于DREM cell
DREM cell是一款集液滴生成、液滴分選、液滴微注入及液滴打印的多功能、高通量、全自動(dòng)設(shè)備，其結(jié)合液滴微流控技術(shù)和介電泳分選技術(shù)，由多光路熒光檢測(cè)系統(tǒng)、高速顯微成像系統(tǒng)、自動(dòng)對(duì)焦載物臺(tái)、微全分析系統(tǒng)、介電泳分選系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。
關(guān)于我們
天木生物專注于生物育種領(lǐng)域的高端儀器裝備的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，致力于通過(guò)高效的突變技術(shù)和高通量篩選技術(shù)，改造提升產(chǎn)業(yè)傳統(tǒng)菌種開(kāi)發(fā)模式，為生物制造產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效，提升我國(guó)生物產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。 致力于為行業(yè)“細(xì)胞和菌種開(kāi)發(fā)與篩選效率低”、“相關(guān)裝備成本昂貴”、“產(chǎn)業(yè)化落地困難”等難題提供優(yōu)秀的解決方案。
引言：
傳統(tǒng)方法之困——99%的微生物資源為何“不可見(jiàn)”？傳統(tǒng)微生物篩選依賴平板培養(yǎng)，但面臨兩大瓶頸：
?效率低下：?jiǎn)未螌?shí)驗(yàn)僅能篩選數(shù)百菌株，耗時(shí)數(shù)月；
?“稀有菌盲區(qū)”：95%的微生物因豐度低、生長(zhǎng)慢被忽視，成為“沉默基因庫(kù)”。
本次研究由貴州大學(xué)與清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)袂主導(dǎo)，貴州大學(xué)李祝研究員、魏龍鳳博士，攜手清華大學(xué)張翀教授團(tuán)隊(duì)，將微生物學(xué)、農(nóng)業(yè)生物工程、微流控技術(shù)與合成生物學(xué)領(lǐng)域的前沿深度融合，突破傳統(tǒng)培養(yǎng)瓶頸，3小時(shí)篩選30萬(wàn)微生物，效率提升3000倍，并首次捕獲Lelliottia、Buttiauxella等稀有拮抗菌。
一、研究亮點(diǎn)
本研究通過(guò)DREM cell設(shè)備（高通量皮升級(jí)液滴單細(xì)胞分選系統(tǒng)），成功從魔芋根際土壤中篩選出32株對(duì)軟腐病菌Ecc15具有顯著抑制效果的拮抗菌，其中菌株D-62的抑菌圈直徑達(dá)20.86mm，并在魔芋球莖實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證其生防潛力。研究對(duì)比傳統(tǒng)平板培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)：
1.多樣性優(yōu)勢(shì)
DREM cell液滴培養(yǎng)的物種豐富度（ACE指數(shù)）較平板高3倍，檢測(cè)到4,255個(gè)OTUs，涵蓋33個(gè)細(xì)菌門，其中95%屬于稀有生物圈（相對(duì)豐度<0.01%），包括Lelliottia、Buttiauxella等未報(bào)道的新資源。而平板培養(yǎng)僅獲得638個(gè)OTUs，集中在17個(gè)門，其中優(yōu)勢(shì)菌（如Pseudomonas、 Acinetobacter ）占比>80%。
2.效率提升
DREM cell單次篩選通量達(dá)3×105細(xì)胞/3小時(shí)，效率較傳統(tǒng)方法提升3000倍，培養(yǎng)基消耗降低1.2×107倍。
3.成本優(yōu)化
DREM cell設(shè)備自動(dòng)化減少了人工干預(yù)，基礎(chǔ)設(shè)施與耗材成本顯著下降。
二、DREM cell如何賦能微生物研究
1.液滴生成
通過(guò)DREM cell液滴生成芯片生成14 pL均一液滴，基于泊松分布（λ～0.1）實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞包被，單細(xì)胞包被率>90%，避免種間競(jìng)爭(zhēng)，保留慢生長(zhǎng)菌株。
液滴作為獨(dú)立微反應(yīng)器，液滴內(nèi)培養(yǎng)基含土壤提取物（CESE），模擬自然環(huán)境，支持難培養(yǎng)微生物生長(zhǎng)，成功培養(yǎng)出傳統(tǒng)方法無(wú)法檢測(cè)的稀有菌群（如Rhodococcus），拓寬資源庫(kù)。
2.液滴培養(yǎng)、檢測(cè)
液滴在30°C培養(yǎng)3天，形成獨(dú)立微反應(yīng)器，引入GFP標(biāo)記的軟腐病菌（GFP-Ecc15）作為報(bào)告株，通過(guò)熒光信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)拮抗活性（低熒光=抑菌）。
3.液滴分選
通過(guò)DREM cell液滴分選芯片根據(jù)熒光強(qiáng)度篩選低信號(hào)液滴，富集拮抗菌，通量達(dá)3×105細(xì)胞/3小時(shí)。
4.功能驗(yàn)證
分選菌株通過(guò)瓊脂擴(kuò)散法驗(yàn)證抑菌圈，結(jié)合16S rRNA測(cè)序鑒定物種，并通過(guò)魔芋球莖感染模型評(píng)估生防效果。
三、技術(shù)對(duì)比
多樣性分析：DREM cell液滴培養(yǎng)的α多樣性指數(shù)（ACE、Chao1）顯著高于平板（物種數(shù)提升3倍），檢測(cè)到33個(gè)細(xì)菌門（平板僅17個(gè)），稀有菌占比>95%（如Lelliottia、Buttiauxella等）。
效率與成本：DREM cell篩選效率較傳統(tǒng)平板篩選提升3000倍，培養(yǎng)基消耗降低1.2×107倍，人力成本減少80%。微升級(jí)試劑消耗，單次實(shí)驗(yàn)成本僅為傳統(tǒng)方法的萬(wàn)分之一。
四、研究結(jié)果與結(jié)論
1.研究結(jié)果
從魔芋根際土壤中篩選32株拮抗菌，分屬9個(gè)屬（如Serratia、Bacillus），其中菌株D-62（Bacillus sp.）抑菌圈直徑達(dá)20.86 mm，顯著抑制魔芋軟腐病。DREM cell成功捕獲傳統(tǒng)方法未檢測(cè)的稀有菌（如Leclercia等），驗(yàn)證液滴培養(yǎng)在微生物資源挖掘中的不可替代性。
D-62預(yù)處理使魔芋球莖感染斑直徑降低60%，證實(shí)其田間應(yīng)用潛力。
DREM cell通過(guò)“單細(xì)胞包被-靶向分選-功能驗(yàn)證”閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)高通量、低成本、高靈敏度的拮抗菌篩選，為植物病害生物防治提供新策略，尤其適用于稀有微生物資源開(kāi)發(fā)。
關(guān)于DREM cell
DREM cell是一款集液滴生成、液滴分選、液滴微注入及液滴打印的多功能、高通量、全自動(dòng)設(shè)備，其結(jié)合液滴微流控技術(shù)和介電泳分選技術(shù)，由多光路熒光檢測(cè)系統(tǒng)、高速顯微成像系統(tǒng)、自動(dòng)對(duì)焦載物臺(tái)、微全分析系統(tǒng)、介電泳分選系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。
關(guān)于我們
天木生物專注于生物育種領(lǐng)域的高端儀器裝備的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，致力于通過(guò)高效的突變技術(shù)和高通量篩選技術(shù)，改造提升產(chǎn)業(yè)傳統(tǒng)菌種開(kāi)發(fā)模式，為生物制造產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效，提升我國(guó)生物產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。 致力于為行業(yè)“細(xì)胞和菌種開(kāi)發(fā)與篩選效率低”、“相關(guān)裝備成本昂貴”、“產(chǎn)業(yè)化落地困難”等難題提供優(yōu)秀的解決方案。
