16S 核糖體RNA

16S核糖體RNA（16S ribosomal RNA），簡稱16S rRNA，是原核生物的核糖體中30S亞基的組成部分。16S rRNA的長度約為1,542 nt。卡爾·烏斯和喬治·福克斯是率先在系統發育中使用的16S rRNA基因的兩個先驅者^[2]。

嗜熱棲熱菌（Thermus thermophilus）的30S亞基的三維分子結構圖。分子中的淡藍色部分為蛋白質，淡橙色部分為RNA單鏈。^[1]

一個細菌的細胞中可包含多個具有不同序列的16S rRNA^[3]。

功能

已知16S rRNA具有如下幾項功能：

• 16S rRNA具有與原核生物核糖體大亞基中的23S rRNA相似的結構決定功能，可作為核糖體蛋白質結合的架構。在足量Mg²⁺存在下分離到的16S rRNA處於緊密狀態，其空間結構與30S亞基的大小和形狀十分相似。^[4]
• 16S rRNA的3'端含有能與mRNA上游AUG起始密碼子通過氫鍵結合的反夏因-達爾加諾序列。另有發現表明，16S rRNA中1,505－1,539的CCUCC序列與mRNA的相應序列有互補關係。^[4]
• 16S rRNA能通過氫鍵與23S rRNA結合，增強原核生物70S核糖體一大一小兩個亞基（50S亞基與30S亞基）結合時的穩定性。
• 16S rRNA能通過其1,492及1,493的腺嘌呤殘基（參見嘌呤分子結構圖解）的N1原子與mRNA骨架上的2'OH基團之間產生氫鍵，使核糖體A位密碼子－反密碼子的鹼基互補配對穩定化。

結構

通用引物

由於不同種的真細菌與古細菌間的16S rRNA基因（16S rDNA）是高度保守的^[5]，16S rDNA常被用於對各種生物進行的系統發生學方面的研究^[6]這種運用16S rRNA對生物進行系統發生學研究的方法由卡爾·沃斯（Carl Woese）開創^[7]。另外，粒線體和葉綠體中的rRNA也都被擴增了。在獲得能提供系統發育學信息的16S rRNA分子時需要利用通用PCR引物對16S rRNA分子進行擴增。16S rRNA序列的對比分析需要在這類「通用引物」的脫氧核糖核酸分子的輔助下完成，這類分子具有如下序列：

• 8UA正向：5'-AGA GTT TGA TCM TGG CTC AG-3'
• 519B反向：5'-GTA TTA CCG CGG CKG CTG-3'
• 反向：ACG GCT ACC TTG TTA CGA CTT

這類引物因並未在近期發現的幾種屬於納古菌門（Nanoarchaeota）的熱液古菌^[8]中分離識別出來，也被稱為准通用引物。

引物名字	序列 (5'-3')	參考資料
8F(同F8或27F)	AGA GTT TGA TCC TGG CTC AG	[9][10]
U1492R	GGT TAC CTT GTT ACG ACT T	同上
928F	TAA AAC TYA AAK GAA TTG ACG GG	[11]
336R	ACT GCT GCS YCC CGT AGG AGT CT	同上
1100F	YAA CGA GCG CAA CCC
1100R	GGG TTG CGC TCG TTG
337F	GAC TCC TAC GGG AGG CWG CAG
907R	CCG TCA ATT CCT TTR AGT TT
785F	GGA TTA GAT ACC CTG GTA
805R	GAC TAC CAG GGT ATC TAA TC
533F	GTG CCA GCM GCC GCG GTA A
518R	GTA TTA CCG CGG CTG CTG G
27F(同F8或8F)	AGA GTT TGA TCM TGG CTC AG	[12]
1492R(同R1510)	CGG TTA CCT TGT TAC GAC TT	同上

PCR中的應用

除了高度保守的引物結合位點之外，16S核糖體RNA基因序列包含高變區，可以提供具體物種的簽名序列用於鑑定細菌的有用的^[13][14]。其結果是，16S核糖體RNA基因測序已經成為醫學微生物學普遍的作為一種快速和廉價的鑑定細菌表型方法的替代方法^[15]。儘管它最初用於鑑定細菌，隨後16S測序被發現能夠重新分類細菌進入完全新的物種^[16]，或者甚至是屬^[17][18]。它還已經被用於描述具有從未被成功培養的新物種^[19][20]。

16S核糖體資料庫

因為它存在於大多數微生物並顯示適當的變化，16S rRNA基因被用作分類鑑定微生物的標準。大多數細菌和古細菌的16S rRNA基因序列型菌株可在公共資料庫得到，例如NCBI資料庫。然而，在這些資料庫中發現的序列的質量往往沒有驗證。因此，只收集16S rRNA序列輔助資料庫被廣泛使用。最經常使用的資料庫如下：

1： EzTaxon（英語：EzTaxon Database）-e. https://web.archive.org/web/20130928154318/http://eztaxon-e.ezbiocloud.net/ ^[21]

2：核糖體資料庫項目。http://rdp.cme.msu.edu/（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 核糖體資料庫項目(RDP)。

3： SILVA. ^[22]

4： Greengenes. Greengenes是基於新生系統發生，提供了標準的操作分類單元集的質量控制，全面的16S參考資料庫和分類。該網站的官方主頁是http://greengenes.secondgenome.com，並在Creative^{[失效連結]} Commons許可BY-SA3.0許可^[23][24]。