Nature子刊：单细胞基因组学揭示放线菌的养分和碳循环

在大多数淡水生态系统中，最普遍的微生物是放线菌Aci家族成员。但是，研究人员还不知道这些微生物在生态系统中所发挥的确切作用，以及它们如何影响碳循环。最近在Nature子刊《The ISME Journal》发表的一项研究中，包括来自美国能源联合基因组研究所（DOE JGI）研究人员在内的一个研究小组，利用单细胞基因组学，更多地了解这些微生物和它们的生活方式。

　　

生物通报道：最近，研究人员组装并比较了来自于美国和欧洲四个淡水湖收集的单细胞aci放线菌群落的基因组草图。

收集的11种单细胞，代表三种不同的放线菌Aci群落（acI-A1, acI-A7, acI-B1），可让研究人员更多地了解它们在碳和养分循环中所起的作用。

在大多数淡水生态系统中，最普遍的微生物是放线菌Aci家族成员。据估计，它们占世界各地淡水湖泊和河流浮游生物的高达50%，但是，研究人员还不知道这些微生物在生态系统中所发挥的确切作用，以及它们如何影响碳循环。最近在Nature子刊《The ISME Journal》发表的一项研究中，包括来自美国能源联合基因组研究所（DOE JGI）研究人员在内的一个研究小组，利用单细胞基因组学，更多地了解这些微生物和它们的生活方式。

在此研究之前，几乎只有一种acl细菌的完整基因组被测定。这项研究，部分是由DOE JGI团体科学计划资助支持，水样取自威斯康辛州的Mendota和Sparkling湖、缅因州的Damariscotta湖和德国的Stechlin湖。在DOE JGI中，研究人员从这些样本中，产生了10个单扩增基因组（SAGs）的草案组件，代表三个aci群落。然后，将这10个SAGs与以前另外一项研究中的一个SAG相比较，以更好地了解，哪些特征在acl部落中是保守的？以及这3个aci组与另外一个有何不同？

虽然从淡水中提取的单细胞还没有完整的基因组草图，但是研究小组发现了几个保守特征的基因，例如中央新陈代谢，在所有三个aci群落之间是共有的。此外，许多SAGs含有一种酶，可使aci细菌获得蓝藻细菌合成的一种化合物，可储存碳和氮。研究小组也做了初步的尝试，试图弄清是否每种aci细菌群落都具有特殊生态位相关的基因，但是，由于没有完整的基因组，所以我们很难做出任何结论。

研究小组得出结论：“aci家族成员与其亲本（放线菌）及其他已测序的淡水细菌，是明显特异相关的。它们高度精简的基因组和小的细胞尺寸表明，它们与超微细菌共有广泛的生态位维度，例如SAR11分化枝的淡水成员。虽然这里分析的SAGs很多特性，只与以前发表的其他aci基因组一致，但是调查三种不同的群落表明，它们之间存在生态分化。”

（生物通：王英）

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生物通推荐原文摘要：
Comparative single-cell genomics reveals potential ecological niches for the freshwater acI Actinobacteria lineage
Abstract: Members of the acI lineage of Actinobacteria are the most abundant microorganisms in most freshwater lakes; however, our understanding of the keys to their success and their role in carbon and nutrient cycling in freshwater systems has been hampered by the lack of pure cultures and genomes. We obtained draft genome assemblies from 11 single cells representing three acI tribes (acI-A1, acI-A7, acI-B1) from four temperate lakes in the United States and Europe. Comparative analysis of acI SAGs and other available freshwater bacterial genomes showed that acI has more gene content directed toward carbohydrate acquisition as compared to Polynucleobacter and LD12 Alphaproteobacteria, which seem to specialize more on carboxylic acids. The acI genomes contain actinorhodopsin as well as some genes involved in anaplerotic carbon fixation indicating the capacity to supplement their known heterotrophic lifestyle. Genome-level differences between the acI-A and acI-B clades suggest specialization at the clade level for carbon substrate acquisition. Overall, the acI genomes appear to be highly streamlined versions of Actinobacteria that include some genes allowing it to take advantage of sunlight and N-rich organic compounds such as polyamines, di- and oligopeptides, branched-chain amino acids and cyanophycin. This work significantly expands the known metabolic potential of the cosmopolitan freshwater acI lineage and its ecological and genetic traits.