神秘微生物的發(fā)現(xiàn)為海洋生態(tài)系統(tǒng)研究帶來新視角

 

首篇利用454測序系統(tǒng)全新GS FLX Titanium試劑發(fā)表的論文聚焦宏基因組學(xué)

 

一種在公海中發(fā)現(xiàn)的非同尋常的微生物迫使科學(xué)家們不得不重新思考他們對于海洋生態(tài)系統(tǒng)中碳氮循環(huán)的理解。一個(gè)來自美國加利福尼亞大學(xué)的研究小組利用羅氏屬下454生命科學(xué)公司全新的GS FLX Titanium系列試劑對海洋樣品的宏基因組進(jìn)行測序，發(fā)現(xiàn)了一種全新的藍(lán)藻物種。該測序系統(tǒng)的超長讀長、且高度準(zhǔn)確的技術(shù)為發(fā)現(xiàn)這種長期被忽視的細(xì)菌物種，及其令人吃驚的遺傳組成提供了全面的視野。這項(xiàng)研究發(fā)布在2008年11月14日的《科學(xué)》雜志上，并詳細(xì)敘述了新品種藍(lán)藻的發(fā)現(xiàn)過程。藍(lán)藻是一類可進(jìn)行光合作用的細(xì)菌，以前被稱為藍(lán)綠藻。與其它已知的自由生活的藍(lán)藻不同，這個(gè)物種缺乏固定碳源和進(jìn)行光合作用的基因----光合作用是光能依賴的過程，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成糖，副產(chǎn)物是氧氣。重要的是，這種神秘的微生物是另一個(gè)關(guān)鍵生態(tài)功能的專家。它能將大氣中的氮“固定”成為其它生物可利用的形式，為海洋提供了天然肥料。

 

“它擁有如此非同尋常的代謝過程，這著實(shí)讓人興奮�！笔紫�研究員Jonathan Zehr說到�！拔覀冋�在嘗試了解像這樣的生物在缺少了這么多要素情況下如何生存和生長�！盳ehr小組早期的研究發(fā)現(xiàn)了近海和公海中數(shù)量多得驚人的固氮藍(lán)藻。盡管空氣中80%是氮?dú)�，但除非氮�(dú)獗还潭ǔ蔀榘焙拖跛猁}之類的分子，否則大部分生物不能直接利用。由于氮對所有生命形式都非常重要，固氮成為調(diào)控海洋中總生物量的主要因素。Zehr表示：“新細(xì)菌是許多海域中最豐富的固氮者之一。從生態(tài)學(xué)的角度出發(fā)，了解它在生態(tài)系統(tǒng)中的作用以及它如何影響碳氮平衡非常重要�！�

 

新的藍(lán)藻是利用全新的GS FLX Titanium系列試劑對富集的海洋水樣品進(jìn)行快速、高通量的基因組DNA測序從而發(fā)現(xiàn)的。實(shí)際上，這項(xiàng)研究是試劑系列升級(jí)后發(fā)表的首篇文章。升級(jí)后的試劑能在每次運(yùn)行中產(chǎn)生超過100萬個(gè)獨(dú)立片段讀數(shù)，讀長大于400對于獲得數(shù)據(jù)及分析結(jié)果的速度非常震驚。多年來我們一直試圖培養(yǎng)這

種微生物，但沒有成功，有了GS FLX Titanium單次運(yùn)行所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，我們在幾天之內(nèi)就通過單次測序運(yùn)行，從環(huán)境樣品直接獲得了寶貴的基因組信息�！盳ehr解釋“這個(gè)系統(tǒng)超長的讀長對于我們從復(fù)雜的微生物群體中鑒定并分析這種獨(dú)特的細(xì)菌基因組來說非常關(guān)鍵。”

 

“這項(xiàng)研究清楚證實(shí)了新GS FLX Titanium系列試劑所能產(chǎn)生的既長且高度精確的讀長的重要性和利用價(jià)值。序列讀長和結(jié)果的拼接正是Zehr小組完成此項(xiàng)吸引人的長期研究中所缺少的一環(huán)�！�454生命科學(xué)高級(jí)技術(shù)整合部的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Jason Affourtit如此說到。他也是這項(xiàng)研究的合作者。

 

研究小組希望繼續(xù)他們的研究，定位新細(xì)菌在海洋中的位置，并測定它的全球豐度。他們還將關(guān)注該物種的代謝與其他已知的藍(lán)藻的區(qū)別。盡管這種細(xì)菌的培養(yǎng)尚未成功，新的基因組信息為探索其不同尋常的代謝機(jī)制在生物技術(shù)上的應(yīng)用開辟了潛在的途徑。

 

該論文的題目是“Globally distributed Uncultivated Oceanic N2-Fixing CyanobacteriaLack Oxygenic Photosystem II”，發(fā)表在11月14日的《科學(xué)》雜志上。454生命科學(xué)是羅氏應(yīng)用科學(xué)旗下卓越的中心之一，開發(fā)并商業(yè)化了創(chuàng)新的454測序系統(tǒng)，用于超高通量的DNA測序。具體的應(yīng)用包括基因組的從頭測序和重測序、宏基因組學(xué)、RNA分析和DNA目標(biāo)區(qū)域的定向測序。454測序系統(tǒng)的特點(diǎn)是樣品制備簡單且無

偏向性，讀長包括配對末端讀長超長且準(zhǔn)確度高。454測序系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)催生了各個(gè)研究領(lǐng)域的幾百項(xiàng)經(jīng)同行評(píng)議的研究，例如癌癥和傳染病研究、藥物篩選、海洋生物學(xué)、人類學(xué)、古生物學(xué)等多個(gè)方面。