宏基因组测序揭示神秘的生命领域

　　

生物通报道：美国国家能源部Lawrence Berkeley实验室和加州大学伯克利分校的研究人员采用科罗拉多蓄水层的沉积物和地下水样本，通过宏基因组测序重建了二千五百多个微生物的基因组。这项研究发表在十月二十四日的Nature Communications杂志上，为人们揭示了地下世界惊人的生物学多样性，给生命之树增添了几十个新的分支。

微生物几乎是无所不在的，它们对生态环境和人体健康起到了不容忽视的作用。然而人们对微生物的了解还相当匮乏，因为许多微生物是无法在实验室中培养的。过去的微生物组研究主要是进行16S rDNA基因测序。随着测序成本的直线下降，针对整个菌群的宏基因组测序越来越受到青睐，因为这一技术能够提供更全面的基因组和功能信息。

这项研究获得的基因组覆盖了已知细菌类群的80%，对于一个特定地点来说这样的生物多样性相当惊人。研究人员还发现了47种新细菌并为它们一一命名。加上去年报告的35种细菌，研究人员使已知细菌的种类增加了一倍。

“为了更好地理解这些地下微生物承担的功能，我们分析了它们的整个基因组。研究显示，这些微生物之间的相互依存关系比我们之前看到的更加紧密，”这篇文章的第一作者，加州大学伯克利分校的Karthik Anantharaman说。这些地下微生物相互协作，共同推动地球上至关重要的碳循环、氢循环、氮循环和硫循环。

此前，美国能源部联合基因组研究所的研究团队收集了来自1776种环境（包括17个人体区域）的微生物宏基因组数据，在其中寻找所谓的“重编码事件”。他们专门就终止密码子（命令蛋白合成停止的遗传序列）的重编码事件进行分析，寻找那些把终止密码子当成“前进”信号，还继续往蛋白上添加氨基酸的事件。研究表明，这样的事件在环境样本中大量存在。（更多详细信息参见：Science：宏基因组研究挑战DNA编码规则）

人类消化道居住的大量微生物被统称为肠道微生物组。肠道微生物组在人类代谢食物、抵御感染和应答药物等过程中起到了重要的作用，许多人类疾病都与微生物组失衡有关。我们知道肠道菌群的菌种组成是因人而异的，宏基因组测序进一步揭示了微生物组惊人的复杂性。华盛顿大学的科学家们发现，在人们共有的一些细菌中还存在着广泛的菌株差异。这是首次在肠道菌群中大规模分析菌种内部的基因变异。（更多详细信息参见：Cell：大规模宏基因组研究的惊人发现）

J. Craig Venter研究所的研究团队在Venter本人的领导下，用不同的二代测序文库制备方法进行宏基因组测序。他们发现，文库制备方法会显著影响人类微生物组研究中的基因组和功能预测。这项研究发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上。Venter是基因组测序的先行者，还合成了首个人造细胞，被称为“科学狂人”。（更多信息请参见：科学狂人：文库制备对宏基因组测序影响很大）

生物通编辑：叶予

生物通推荐原文：Thousands of microbial genomes shed light on interconnected biogeochemical processes in an aquifer system. Nature Communications