“鸟枪法”再立新功,帮助科学家解析地球微生物基因组
2020/11/13
研究人员绘制出地球微生物组(GEM)的基因组图谱

大家还记得被誉为生命科学的“登月计划”的“人类基因组计划”吗?该计划共测定了人类2.5万个基因组的30亿个碱基对的序列,辨识了所有人类基因及其序列,达到破译人类全部遗传信息的伟大目标,为了解生命起源、生长发育、疾病的诊治等提供了科学依据。

霰弹枪宏基因组测序又称“鸟枪法”,克服了扩增子测序的许多局限性,是人类基因组计划顺利实施的大功臣。其对一个群落中未靶向细胞的基因组进行测序,以阐明群落的组成和功能。

2020年11月9日,《自然—生物技术》杂志在线发表了美国能源部联合基因组研究所Emiley A. Eloe-Fadrosh团队名为“A genomic catalog ofEarth’s microbiomes”的研究。在此研究中,他们绘制出地球微生物组(GEM)的基因组图谱


DOI: 10.1038/s41587-020-0718-6

研究人员从地球各大洲和海洋不同栖息地收集的10,450个基因组,包括来自海洋和其他水生环境(3,345)、人和动物宿主相关环境(3,536)以及土壤的和其他陆地环境(1,919)。该综合目录包含52,515个元基因组组装的基因组(MAG),包括135个门的12,556个新的候选物种生物分类单位(OTU)。


基因组的环境和地理分布

为了发现新的物种水平多样性,研究人员在95%全基因组的基础上对GEM进行了聚类,揭示了18,028个物种水平的OUT。MAG的积累曲线显示,物种水平的OTU没有平稳期,表明在整个生物群落中仍有待发现的其他物种。


OTU的系统发育史

为了评估BGC的新颖性,研究人员还针对NCBI核苷酸序列集合查询了每个BGC序列,并发现次级代谢物的生物合成潜力广泛。此外,GEM揭示了数千个新病毒与宿主的联系,可用于改善病毒基因组的宿主预测。


GEM揭示病毒与宿主的联系

总而言之,研究人员充分利用霰弹枪法宏基因组,捕获整个地球生物群系中细菌和古细菌基因组的多样性,解析大量与无法培养型病毒的宿主联系,使人们对生物学和环境有了深入的了解。GEM目录将成为以代谢和基因组为中心的数据挖掘和实验验证的宝贵资源。世界之大,未解之多,人类的探索从未止步!

参考资料:

A genomic catalog of Earth's microbiomes.

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