發(fā)表在《Science Advances》上的一項(xiàng)研究中，美國能源部（DOE）聯(lián)合基因組研究所（JGI）對(duì)微生物基因組的生物多樣性現(xiàn)狀進(jìn)行了深入評(píng)估。

研究利用過去三十年間生成的公開基因組序列數(shù)據(jù)，評(píng)估了我們對(duì)微生物多樣性的認(rèn)識(shí)程度，并提出了未來的研究方向，以整理和開發(fā)尚未發(fā)現(xiàn)的領(lǐng)域。

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)超過180萬個(gè)細(xì)菌和古菌基因組進(jìn)行了深入分析，以了解實(shí)際捕捉到了多少創(chuàng)造的多樣性，結(jié)果顯示，盡管測(cè)序了許多基因組，但依然只是探討了表面。

通訊作者 Rekha Seshadri補(bǔ)充說，這項(xiàng)研究是對(duì)復(fù)興實(shí)踐微生物學(xué)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的重要呼聲。微生物在全球營養(yǎng)循環(huán)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因此，了解微生物、宿主及其環(huán)境之間的相互作用所獲得的信息，對(duì)農(nóng)業(yè)、生物燃料和其他多個(gè)研究領(lǐng)域具有重要意義。研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過30年的測(cè)序數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行了公開可用的細(xì)菌和古菌序列的清查。

圖片鏈接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1056924

圖片信息：源自各種基因組類別的共享和唯一公開可用的細(xì)菌宏基因組操作分類單元 （mOTU） 的維恩圖?；疑珗A圈代表 NCBI 和 IMG/M 數(shù)據(jù)庫中公開可用的基因組數(shù)據(jù)中可能未捕獲的 127,766 個(gè)“物種”。

通過系統(tǒng)發(fā)育多樣性作為生物多樣性的代表性衡量標(biāo)準(zhǔn)，研究團(tuán)隊(duì)在近200萬個(gè)基因組中使用了五個(gè)普遍保守的蛋白編碼標(biāo)記基因，涵蓋了不同質(zhì)量的分離株和元基因組組裝基因組（MAGs），以及近44,000個(gè)元基因組。所有數(shù)據(jù)均可在國家生物技術(shù)信息中心（NCBI）GenBank和JGI的綜合微生物基因組與微生物組（IMG/M）數(shù)據(jù)庫中公開獲取。

分析中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)細(xì)菌分離株基因組僅占可用數(shù)據(jù)集的9.73%。通過直接從環(huán)境樣本中提取數(shù)據(jù)恢復(fù)MAGs的努力顯著擴(kuò)大了已知微生物基因組的多樣性，幾乎占到已知細(xì)菌多樣性的49%。團(tuán)隊(duì)保守估計(jì)，大約42%的細(xì)菌多樣性在公共數(shù)據(jù)庫中沒有對(duì)應(yīng)的基因組。

在過去幾十年中，測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步使得大量微生物基因組可供全球研究社區(qū)使用。針對(duì)古菌的類似分析中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)分離株基因組僅占6.55%，而MAGs則占到約57%的可用數(shù)據(jù)集的估計(jì)多樣性，這意味著36%的古菌多樣性缺乏基因組代表。

“就分離株的基因組數(shù)據(jù)而言，我們的真實(shí)世界觸點(diǎn)幾乎只是剝?nèi)チ?lsquo;培菌皿’的表面，”塞沙德里表示。“這提醒我們迫切需要培養(yǎng)新的微生物物種。”

深入探索微生物世界

通訊作者Ivanova表示，JGI將繼續(xù)致力于增加細(xì)菌和古菌多樣性的基因組代表性，揭示未知的微生物領(lǐng)域。盡管MAGs顯著擴(kuò)大了數(shù)據(jù)集中微生物基因組的已知多樣性，但團(tuán)隊(duì)指出，這些信息仍然是計(jì)算得出的。需要對(duì)培養(yǎng)的分離株進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以將潛在的影響轉(zhuǎn)化為應(yīng)用成果，助力可持續(xù)的生物經(jīng)濟(jì)。

“雖然計(jì)算得出的MAGs是微生物學(xué)的革命性工具，但這也需要一種平衡，”Seshadri補(bǔ)充說。她指出，本研究使用的元基因組數(shù)據(jù)集可以幫助研究人員提高回收特定分離株的機(jī)會(huì)。“我們繪制了一張藏寶圖，”她表示。“這基本上意味著我們可以具體指向環(huán)境樣本，人們可以在這些地方重新投入時(shí)間和精力進(jìn)行回收。”

雜志：Science Advances

DOI：10.1126/sciadv.adq2166