Nature:用單細胞基因組探索多樣性

宏基因組研究極大地提高了我們對於細菌以及古細菌多樣性的理解。然而，環境宏基因組數據往往不容許個別物種的基因組組裝，因此，大多數完整的基因組序列來自於培養的微生物。如今，兩個新的大規模研究利用單細胞基因組，直接從未培養的環境樣本中恢復了細菌和古細菌基因組。

Rinke等人利用螢光活化性細胞分選從9個環境樣本中隔離了9，600個單細胞，包括海水、淡水、熱液以及沉積物，其中3，330個單擴增基因組（SAG）是通過多重置換擴增得到的。為了識別代表未經培養有機體的基因組，SAG被16S rRNA基因PCR進行了篩選，並且201個SAG被挑選出來按照平均估計40%的基因組完整性進行測序以及草圖基因組裝配。對這些單細胞基因組進行的系統發育分析揭示了許多新的組群，包括兩個新的提議超級類群：Patescibacteria，包含有類群Microgenomates、Parcubacteria和Gracilibacteria；還有DPANN，包含有類群Diapherotrites、Parvarchaeota、Aenigmarchaeota、Nanohaloarchaeota和Nanoarchaeota。此外，新的新陳代謝能力得到確認：兩個細菌菌株表現出了利用古細菌PurP酶，而不是細菌PurH1酶，進行嘌呤的合成，並且一個古細菌基因組被發現能夠編碼一種真核氧化還原酶，意味著在一個真核細胞和一個古細菌之間的一種可能的水平基因轉移事件。有趣的是，幾種古細菌基因組表現出能夠編碼類似細菌的σ-因子，並且作者同時推測，一種古細菌胞壁質轉糖苷酶可能就有一種抗菌功能。

Swan等人利用類似的技術測序了分離自幾個表面海洋位點的56個單浮遊細菌細胞基因組。與第一項研究形成對照的是，這裡獲得的大多數SAG屬於培養是可用的類群，因此可將培育與未培育的、獨立生存的海洋細菌的基因組進行比較。相比培育的海洋微生物，未培育的浮遊細菌菌株——其控制著海洋生態系統——有著較小的基因組，以及一個較低的GC含量，還有較少的複製基因，非編碼核苷酸，以及涉及轉錄和信號傳導的基因，這意味著基因組精簡盛行於資源貧乏的自然棲息地。

這兩項研究表明，單細胞基因組學是一個有力的方法，能夠鑑定新的系統發生關係，域間基因導入和基因組對環境狀況的適應，所有這一切都將是在標準宏基因組研究的識別中具有挑戰性的（生物谷Bioon.com）。

生物谷推薦的英文摘要

Nature               doi:10.1038/nrmicro3095

Exploring diversity with single-cell genomics

Ursula Hofer

Metagenomic studies have greatly enhanced our understanding of bacterial and archaeal diversity. However， environmental metagenomic data often do not allow the genomes of individual species to be assembled， and therefore most complete genome sequences have been obtained from cultured microorga…