發(fā)表在《Science Advances》上的一項研究中，美國能源部（DOE）聯(lián)合基因組研究所（JGI）對微生物基因組的生物多樣性現(xiàn)狀進行了深入評估。
研究利用過去三十年間生成的公開基因組序列數(shù)據(jù)，評估了我們對微生物多樣性的認識程度，并提出了未來的研究方向，以整理和開發(fā)尚未發(fā)現(xiàn)的領域。
研究團隊對超過180萬個細菌和古菌基因組進行了深入分析，以了解實際捕捉到了多少創(chuàng)造的多樣性，結果顯示，盡管測序了許多基因組，但依然只是探討了表面。
通訊作者 Rekha Seshadri補充說，這項研究是對復興實踐微生物學和實驗驗證的重要呼聲。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，對農(nóng)業(yè)、生物燃料和其他多個研究領域具有重要意義。研究團隊經(jīng)過30年的測序數(shù)據(jù)分析，進行了公開可用的細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“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準，研究團隊在近200萬個基因組中使用了五個普遍保守的蛋白編碼標記基因，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個元基因組。所有數(shù)據(jù)均可在國家生物技術信息中心（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，研究團隊發(fā)現(xiàn)細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MAGs的努力顯著擴大了已知微生物基因組的多樣性，幾乎占到已知細菌多樣性的49%。團隊保守估計，大約42%的細菌多樣性在公共數(shù)據(jù)庫中沒有對應的基因組。
在過去幾十年中，測序技術的進步使得大量微生物基因組可供全球研究社區(qū)使用。針對古菌的類似分析中，團隊發(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，我們的真實世界觸點幾乎只是剝?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)致力于增加細菌和古菌多樣性的基因組代表性，揭示未知的微生物領域。盡管MAGs顯著擴大了數(shù)據(jù)集中微生物基因組的已知多樣性，但團隊指出，這些信息仍然是計算得出的。需要對培養(yǎng)的分離株進行實驗研究，以將潛在的影響轉化為應用成果，助力可持續(xù)的生物經(jīng)濟。
“雖然計算得出的MAGs是微生物學的革命性工具，但這也需要一種平衡，”Seshadri補充說。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會。“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間和精力進行回收。”
雜志：Science Advances
DOI：10.1126/sciadv.adq2166
