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仲夏秋夜云

Nature：用单细胞基因组探索多样性
宏基因组研究极大地提高了我们对于细菌以及古细菌多样性的理解。然而，环境宏基因组数据往往不容许个别物种的基因组组装，因此，大多数完整的基因组序列来自于培养的微生物。如今，两个新的大规模研究利用单细胞基因组，直接从未培养的环境样本中恢复了细菌和古细菌基因组。


Rinke等人利用荧光活化性细胞分选从9个环境样本中隔离了9，600个单细胞，包括海水、淡水、热液以及沉积物，其中3，330个单扩增基因组（SAG）是通过多重置换扩增得到的。为了识别代表未经培养有机体的基因组，SAG被16S rRNA基因PCR进行了筛选，并且201个SAG被挑选出来按照平均估计40%的基因组完整性进行测序以及草图基因组装配。对这些单细胞基因组进行的系统发育分析揭示了许多新的组群，包括两个新的提议超级类群：Patescibacteria，包含有类群Microgenomates、Parcubacteria和Gracilibacteria；还有DPANN，包含有类群Diapherotrites、Parvarchaeota、Aenigmarchaeota、Nanohaloarchaeota和Nanoarchaeota。此外，新的新陈代谢能力得到确认：两个细菌菌株表现出了利用古细菌PurP酶，而不是细菌PurH1酶，进行嘌呤的合成，并且一个古细菌基因组被发现能够编码一种真核氧化还原酶，意味着在一个真核细胞和一个古细菌之间的一种可能的水平基因转移事件。有趣的是，几种古细菌基因组表现出能够编码类似细菌的σ-因子，并且作者同时推测，一种古细菌胞壁质转糖苷酶可能就有一种抗菌功能。


Swan等人利用类似的技术测序了分离自几个表面海洋位点的56个单浮游细菌细胞基因组。与第一项研究形成对照的是，这里获得的大多数SAG属于培养是可用的类群，因此可将培育与未培育的、独立生存的海洋细菌的基因组进行比较。相比培育的海洋微生物，未培育的浮游细菌菌株——其控制着海洋生态系统——有着较小的基因组，以及一个较低的GC含量，还有较少的复制基因，非编码核苷酸，以及涉及转录和信号传导的基因，这意味着基因组精简盛行于资源贫乏的自然栖息地。


这两项研究表明，单细胞基因组学是一个有力的方法，能够鉴定新的系统发生关系，域间基因导入和基因组对环境状况的适应，所有这一切都将是在标准宏基因组研究的识别中具有挑战性的。