发表在《ScienceAdvances》上的一项研究中,美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)对微生物基因组的生物多样性现状进行了深入评估。
研究利用过去三十年间生成的公开基因组序列数据,评估了我们对微生物多样性的认识程度,并提出了未来的研究方向,以整理和开发尚未发现的领域。
研究团队对超过万个细菌和古菌基因组进行了深入分析,以了解实际捕捉到了多少创造的多样性,结果显示,尽管测序了许多基因组,但依然只是探讨了表面。
通讯作者RekhaSeshadri补充说,这项研究是对复兴实践微生物学和实验验证的重要呼声。微生物在全球营养循环中发挥着至关重要的作用,因此,了解微生物、宿主及其环境之间的相互作用所获得的信息,对农业、生物燃料和其他多个研究领域具有重要意义。研究团队经过30年的测序数据分析,进行了公开可用的细菌和古菌序列的清查。
图片信息:源自各种基因组类别的共享和唯一公开可用的细菌宏基因组操作分类单元(mOTU)的维恩图。灰色圆圈代表NCBI和IMG/M数据库中公开可用的基因组数据中可能未捕获的,个“物种”。
通过系统发育多样性作为生物多样性的代表性衡量标准,研究团队在近万个基因组中使用了五个普遍保守的蛋白编码标记基因,涵盖了不同质量的分离株和元基因组组装基因组(MAGs),以及近44,个元基因组。所有数据均可在国家生物技术信息中心(NCBI)GenBank和JGI的综合微生物基因组与微生物组(IMG/M)数据库中公开获取。
分析中,研究团队发现细菌分离株基因组仅占可用数据集的9.73%。通过直接从环境样本中提取数据恢复MAGs的努力显著扩大了已知微生物基因组的多样性,几乎占到已知细菌多样性的49%。团队保守估计,大约42%的细菌多样性在公共数据库中没有对应的基因组。
在过去几十年中,测序技术的进步使得大量微生物基因组可供全球研究社区使用。针对古菌的类似分析中,团队发现分离株基因组仅占6.55%,而MAGs则占到约57%的可用数据集的估计多样性,这意味着36%的古菌多样性缺乏基因组代表。
“就分离株的基因组数据而言,我们的真实世界触点几乎只是剥去了‘培菌皿’的表面,”塞沙德里表示。“这提醒我们迫切需要培养新的微生物物种。”
深入探索微生物世界
通讯作者Ivanova表示,JGI将继续致力于增加细菌和古菌多样性的基因组代表性,揭示未知的微生物领域。尽管MAGs显著扩大了数据集中微生物基因组的已知多样性,但团队指出,这些信息仍然是计算得出的。需要对培养的分离株进行实验研究,以将潜在的影响转化为应用成果,助力可持续的生物经济。
“虽然计算得出的MAGs是微生物学的革命性工具,但这也需要一种平衡,”Seshadri补充说。她指出,本研究使用的元基因组数据集可以帮助研究人员提高回收特定分离株的机会。“我们绘制了一张藏宝图,”她表示。“这基本上意味着我们可以具体指向环境样本,人们可以在这些地方重新投入时间和精力进行回收。”
杂志:ScienceAdvances
DOI:10./sciadv.adq