簡化海洋微生物的常見生存策略
盡管在DNA測序和分析領域取得了進展,研究人員幾乎沒有開始劃分冰山一角,對地球的微生物多樣性進行編目,主要是因為在實驗室中培養(yǎng)了數百萬種微生物中只有一小部分。在海洋和陸地環(huán)境中,可以在實驗室中培養(yǎng)的微生物不能準確地代表野外發(fā)現的多樣性,嚴重限制了我們對為什么發(fā)現微生物以及它們在那里做什么的理解。
培養(yǎng)微生物的挑戰(zhàn)之一是稱為基因組精簡的過程 - 隨著時間的推移,一些微生物將其遺傳密碼削減為在特定營養(yǎng)貧乏環(huán)境中生存所必需的基因。 2013年6月25日早期版“ 美國國家科學院院刊”上發(fā)表的一項海洋微生物研究 表明,盡管已知實驗室培養(yǎng)的微生物具有挑剔性,但自由生活的微生物更是如此。
研究人員,包括美國能源部聯合基因組研究所(DOE JGI)和緬因州海洋科學Bigelow實驗室的研究人員,從緬因灣,地中海,北太平洋和南大西洋收集的樣本中分離出單個微生物細胞。然后,研究小組對56個單擴增基因組(SAG)的基因組草圖進行了測序和組裝。“利用這種大規(guī)模的單細胞策略,我們的研究首次提供了一些細菌居民的地理分布和基因組特征的一瞥,其中大部分細菌居民尚未在實驗室培養(yǎng),”負責人Tanja Woyke說。美國能源部JGI微生物基因組學計劃和PNAS的高級作者之一 研究。在探索海洋細菌在管理海洋中碳的作用的研究中,水樣取自海洋光區(qū),即“陽光區(qū)”,即我們星球廣闊海域內被充足陽光穿透的區(qū)域。允許光合作用。“這是大部分太陽能在海洋中捕獲的地方,”沃伊克說。然后將SAG與現有的微生物培養(yǎng)物和宏基因組數據集進行比較。該團隊發(fā)現證據表明,與自由生活的微生物不同,培養(yǎng)的微生物在更富營養(yǎng)的環(huán)境中茁壯成長。“這些研究結果表明細菌適應營養(yǎng)貧乏的環(huán)境是普遍存在的,分散不受限制,而水溫和緯度是某些細菌群體地理分布的關鍵驅動因素,”Woyke說。
“單細胞基因組學繼續(xù)將研究推向一個以前科學家無法進入的新水平,”Bigelow實驗室單細胞基因組學中心主任,該研究的高級作者Ramunas Stepanauskas說。“雖然可以使用其他與培養(yǎng)無關的工具,但這些工具很少能讓我們評估社區(qū)中的人做了什么,這是微生物生態(tài)學的核心問題。單細胞測序方法使我們能夠為海洋光區(qū)的50多個關鍵社區(qū)成員連接有機體的身份和功能基因庫,從而揭示覆蓋地球70%的生態(tài)系統的生物學。
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