研究發(fā)現(xiàn)生命之樹微生物域之間的緊密進化鄰近性

由加州大學圣地亞哥分校的研究人員領(lǐng)導的一項跨國研究對10,575個基因組進行了全面分析，發(fā)現(xiàn) 生命樹底部的微生物域之間的進化接近性接近，查爾斯·達爾文(Charles Darwin)所描述的進化分支模式比160年前，在他的《物種起源》一書中。

目前公認的生命之樹由細菌和古生菌的兩個微生物域組成，以及較高等生物的第三個域，真核生物，其細胞具有細胞核以包裹其DNA，并且可能是從古細菌演化而來的。

這項發(fā)表在《自然通訊》上的研究發(fā)現(xiàn)，古細菌和細菌之間的進化距離比以前的大多數(shù)研究都更緊密。加州大學圣地亞哥分校醫(yī)學院系博士后朱其云說，這一新結(jié)果來自使用一組全面的381個標記基因與數(shù)十種核心基因(例如以前的研究中通常使用的核糖體蛋白)的比較。兒科和該論文的主要作者。

“與以往的大多數(shù)工作一樣，我們的工作表明遺傳信息的采樣不足或不均勻，導致對生命樹的看法有偏見，因此限制了我們建立進化關(guān)系的能力，”朱說。

研究人員還產(chǎn)生了經(jīng)過時間校準的樹木，并假設(shè)了一個通用的分子鐘，并且藍細菌和黑素細菌之間的分裂發(fā)生在大約25億年前，當時大氣層被充氧。這些樹木的根基意味著生命起源發(fā)生在大約40億年前，當時考慮了381個標記基因，而大約70億年前，則考慮了30種核糖體蛋白。研究人員說，后者時間不可信，因為它比地球年齡大，這進一步支持了研究中采用的基因的選擇。

這項研究的資深作者，圣地亞哥大學UC微生物學創(chuàng)新中心創(chuàng)始主任，兒科學與計算機科學與工程教授羅布·奈特(Rob Knight)說，從兒科的角度看，它的意義在于，許多成年后患上的疾病都有它們根植于兒童時期的人類微生物組。

奈特說：“在過去15年中，我們從人類微生物組中收集DNA序列的能力得到了極大的提高，但我們解釋數(shù)據(jù)的能力依賴于高度不完整的參考數(shù)據(jù)庫。” “提高我們對微生物之間進化關(guān)系的理解的精確度，使我們能夠更好地理解這些變化的發(fā)生方式，以及如何針對這些變化來改善兒童時期的微生物組，從而不僅解決基于微生物組的早期疾病，而且改善健康狀況在一個人的一生中。”

朱進一步指出：“我們希望以統(tǒng)計上均等的方式選擇具有10,575個基因組的樹將是寶貴的資源。我們已經(jīng)在參考數(shù)據(jù)庫中公開提供了我們的結(jié)果，并開發(fā)了計算工具來對其進行研究。在Knight實驗室目前正在進行的多個微生物組研究中，我們已經(jīng)見證了使用該資源的顯著進步。”

可擴展算法和強大的超級計算機

可擴展算法和功能強大的超級計算機的可用性對于進行這項研究至關(guān)重要。

兩種方法都給出了相似的樹，但是匯總方法具有固有的可擴展性并可以使用所有基因組數(shù)據(jù)，因此可以更好地解決主要微生物譜系之間的基礎(chǔ)關(guān)系，而級聯(lián)方法要求子采樣在計算上是可行的。為了便于分析研究中的大量數(shù)據(jù)，Mirarab實驗室的博士學位學生，論文的第一作者Uyen Mai開發(fā)了新的方法來擴展匯總方法。

大多數(shù)計算是在加州大學圣地亞哥分校的圣地亞哥超級計算機中心(SDSC)的彗星超級計算機上完成的。SDSC的杰出科學家Wayne Pfeiffer在Comet的標準計算節(jié)點上進行了2,000多次運行，以生成基因樹，而Mai則在彗星的GPU節(jié)點上使用ASTRAL組合了這些樹。

朱總結(jié)說：“我們在三個方面推進了最新的系統(tǒng)發(fā)育研究：微生物生命形式的更大，更均勻的表示，全基因組信息的更全面使用以及改進的方法，用于精確解決進化關(guān)系。SDSC的超級計算能力使這成為可能。”

鄭重聲明：本文版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載文章僅為傳播更多信息之目的，如有侵權(quán)行為，請第一時間聯(lián)系我們修改或刪除，多謝。

推薦內(nèi)容