宏基因組研究極大地提高了我們對于細(xì)菌以及古細(xì)菌多樣性的理解,。然而，環(huán)境宏基因組數(shù)據(jù)往往不容許個別物種的基因組組裝,，因此,，大多數(shù)完整的基因組序列來自于培養(yǎng)的微生物。如今,，兩個新的大規(guī)模研究利用單細(xì)胞基因組,，直接從未培養(yǎng)的環(huán)境樣本中恢復(fù)了細(xì)菌和古細(xì)菌基因組。
Rinke等人利用熒光活化性細(xì)胞分選從9個環(huán)境樣本中隔離了9,，600個單細(xì)胞,，包括海水、淡水,、熱液以及沉積物,，其中3，330個單擴(kuò)增基因組（SAG）是通過多重置換擴(kuò)增得到的,。為了識別代表未經(jīng)培養(yǎng)有機(jī)體的基因組，SAG被16S rRNA基因PCR進(jìn)行了篩選,，并且201個SAG被挑選出來按照平均估計40%的基因組完整性進(jìn)行測序以及草圖基因組裝配,。對這些單細(xì)胞基因組進(jìn)行的系統(tǒng)發(fā)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(rèn)：兩個細(xì)菌菌株表現(xiàn)出了利用古細(xì)菌PurP酶,，而不是細(xì)菌PurH1酶,，進(jìn)行嘌呤的合成，并且一個古細(xì)菌基因組被發(fā)現(xiàn)能夠編碼一種真核氧化還原酶,，意味著在一個真核細(xì)胞和一個古細(xì)菌之間的一種可能的水平基因轉(zhuǎn)移事件,。有趣的是，幾種古細(xì)菌基因組表現(xiàn)出能夠編碼類似細(xì)菌的σ-因子,，并且作者同時推測,，一種古細(xì)菌胞壁質(zhì)轉(zhuǎn)糖苷酶可能就有一種抗菌功能。
Swan等人利用類似的技術(shù)測序了分離自幾個表面海洋位點(diǎn)的56個單浮游細(xì)菌細(xì)胞基因組。與第一項研究形成對照的是,，這里獲得的大多數(shù)SAG屬于培養(yǎng)是可用的類群,，因此可將培育與未培育的、獨(dú)立生存的海洋細(xì)菌的基因組進(jìn)行比較,。相比培育的海洋微生物,，未培育的浮游細(xì)菌菌株——其控制著海洋生態(tài)系統(tǒng)——有著較小的基因組，以及一個較低的GC含量,，還有較少的復(fù)制基因,，非編碼核苷酸，以及涉及轉(zhuǎn)錄和信號傳導(dǎo)的基因,，這意味著基因組精簡盛行于資源貧乏的自然棲息地,。
這兩項研究表明，單細(xì)胞基因組學(xué)是一個有力的方法,，能夠鑒定新的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系,，域間基因?qū)牒突蚪M對環(huán)境狀況的適應(yīng)，所有這一切都將是在標(biāo)準(zhǔn)宏基因組研究的識別中具有挑戰(zhàn)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
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