研究发现：42%的细菌缺乏基因组数据

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美国能源部（DOE）联合基因组研究所（JGI）位于加州Walnut Creek，成立于1997年，以将能源部在（劳伦斯伯克利国家实验室）LBNL、劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）和洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）基因组中心(xīn)率...

美国能源部（DOE）联合基因组研究所（JGI）位于加州Walnut Creek，成立于1997年，以将能源部在（劳伦斯伯克利国家实验室）LBNL、劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）和洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）基因组中心(xīn)率先進(jìn)行DNA测序、信息科学和技术發(fā)展中的(de)专长和资源整合在一起。该研究所的(de)研究人员在《科学進(jìn)展》（Science Advances）期刊上發(fā)表了一项研究，对微生物(wù)基因组生物(wù)多样性的(de)現(xiàn)状進(jìn)行了评估。他们的(de)研究利用过去三十年中产生的(de)可公开获得的(de)基因组序列数据，评估了我们所了解的(de)微生物(wù)多样性的(de)一部分，并提出了整理和培养未知微生物(wù)的(de)前進(jìn)方向。

研究发现：42%的细菌缺乏基因组数据

摄影：刘茂胜 ©綠(lǜ)会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）（图文无关）

共同第一作者、JGI微生物(wù)组数据科学小组功能注释团队成员Dongying Wu说：“我们深入研究了180多万个細(xì)菌和古細(xì)菌基因组，看看我们究竟捕捉到了多少它们的(de)多样性。结果發(fā)現(xiàn)，尽管我们已经对所有基因组進(jìn)行了测序，但我们仅仅触及了表面。”

该研究的(de)共同第一作者Rekha Seshadri补充说，这项研究为重振微生物(wù)学实践和实验验证艺术敲响了警钟。

微生物(wù)是世界的(de)主宰，在调节全球养分循环方面發(fā)挥着关键作用。通过了解微生物(wù)、宿主及其环境之间的(de)相互作用所获得的(de)信息可应用于农业、生物(wù)燃料和生物(wù)产品以及医学等多个研究领域。由Dongying Wu、Seshadri、Nikos Kyrpides和Natalia Ivanova组成的(de)研究小组翻阅了30年的(de)测序数据，对公开的(de)細(xì)菌和古細(xì)菌序列進(jìn)行了普查。Kyrpides领导JGI的(de)微生物(wù)组数据科学小组，Ivanova领导功能注释小组。

研究发现：42%的细菌缺乏基因组数据

摄影：刘茂胜 ©綠(lǜ)会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）（图文无关）

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宏基因组组裝(zhuāng)基因组（MAGs）大大扩展了細(xì)菌和古細(xì)菌的(de)估计多样性

以系統(tǒng)發(fā)育多样性作为生物(wù)多样性的(de)代(dài)表性衡量标准，他们在近200万个基因组（包括分离株、代(dài)表潜在基因组的(de)不同质量分数的(de)宏基因组组裝(zhuāng)基因组（MAGs）和近44000个宏基因组上使用了五个普遍保守的(de)蛋白编码标记基因。所有数据均可在美国国家生物(wù)技术信息中心(xīn)（NCBI）的(de)GenBank数据库和JGI的(de)微生物(wù)基因组与微生物(wù)组集成（IMG/M）数据库中公开获取。

研究小组在分析中發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌分离基因组佔(zhàn)現(xiàn)有数据集估计多样性总数的(de)9.73%。多年来，通过直接从环境样本中提取数据来恢复MAG的(de)努力大大扩展了已知微生物(wù)基因组的(de)多样性，佔(zhàn)估计細(xì)菌多样性总数的(de)近49%。研究小组保守估计，约有42%的(de)細(xì)菌多样性在公共数据库中没有基因组代(dài)表。

过去几十年来，测序技术的(de)進(jìn)步使全球研究界可以获得大量微生物(wù)基因组。在对古細(xì)菌進(jìn)行的(de)类似(shì)分析中，研究小组發(fā)現(xiàn)分离基因组仅佔(zhàn)6.55%，而MAGs约佔(zhàn)現(xiàn)有数据集估计多样性的(de)57%。这使得36% 的(de)古細(xì)菌多样性没有基因组代(dài)表。

Seshadri说：“说到分离基因组数据，我们現(xiàn)实世界的(de)试金石，我们还只是从众所周知的(de)培养皿中抓起。这提醒我们培育新微生物(wù)物(wù)种的(de)紧迫性。”

了解微生物(wù)世界的(de)定向探索

通讯作者Ivanova说：“JGI将继续沿着增加細(xì)菌和古細(xì)菌多样性基因组代(dài)表性的(de)路线开展工作，以揭示未知的(de)微生物(wù)空间。虽然MAGs大大扩展了数据集中已知的(de)微生物(wù)基因组多样性，但研究小组补充说，这些信息仍然是通过计算得出的(de)。要将潜在的(de)影响转化为应用科学，促進(jìn)可持续生物(wù)经济的(de)發(fā)展，还需要对培养分离物(wù)進(jìn)行实验研究。”

Seshadri补充说：“虽然计算得出的(de)MAGs是微生物(wù)学的(de)革命性工具，但这需要平衡。”她指出，这项研究中使用的(de)宏基因组数据集可以帮助研究人员提高回收特定分离物(wù)种進(jìn)行培养的(de)机会。Seshadr说：“我们已经绘制出了藏宝图。基本上，我们可以具体指出环境样本，人们可以去那里重新投入时间和精力進(jìn)行恢复。”

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编译 | Maggie

审核 | Daisy

排版 | 綠(lǜ)叶

【参考资料】