據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站北京時間7月15日報道，天文學(xué)家們認(rèn)為，宇宙總物質(zhì)量的23%由彌漫于其間且肉眼看不見的“暗物質(zhì)”組成,；現(xiàn)在,，美國科學(xué)家進(jìn)行了微生物“暗物質(zhì)”研究，他們用單細(xì)胞DNA測序技術(shù)對多種微生物的基因組進(jìn)行測序后發(fā)現(xiàn),，微生物遠(yuǎn)比我們所知道的要豐富多樣,，研究同時揭示了不同物種間令人驚奇的關(guān)聯(lián)。
Phylogenetic anchoring（圖片來自Nature）
單細(xì)胞測序技術(shù)使科學(xué)家們能通過將單細(xì)胞的DNA增大10億倍來破譯其基因組,，為研究微生物“暗物質(zhì)”打開了大門,，也有助于厘清微生物之間以及它們與其他物種之間的關(guān)聯(lián)。美國能源部下屬聯(lián)合基因組研究所的譚佳·沃克領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊選擇了201種微生物和古生細(xì)菌的細(xì)胞,，并閱讀了其部分基因組（從10%到90%不等,，取決于不同細(xì)胞）。這些微生物來源于9種不同的生存環(huán)境,，包括海底熱水流火山口以及地下金礦等,，沒有一種曾被測序或在實驗室內(nèi)培養(yǎng)過。
研究表明,，不同生命之間的很多邊界并不像以前所認(rèn)為的那樣固若金湯,。例如，一種微生物系使用以前被認(rèn)為僅僅在古生細(xì)菌中存在的酶合成出了DNA和RNA的基礎(chǔ)組成部分——嘌呤堿基,。研究還顯示,，有3個古生細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在主要作用是啟動RNA轉(zhuǎn)錄（是蛋白質(zhì)生物合成的第一步）的西格瑪因子，而以前,，科學(xué)家們認(rèn)為這些西格瑪因子僅出現(xiàn)在細(xì)菌體內(nèi),。
此外，研究人員也發(fā)現(xiàn),，有一種細(xì)菌“記錄”了終止密碼子UGA的三字母系列,。在幾乎所有其他微生物體內(nèi)，這一核苷酸系列會朝細(xì)胞發(fā)送信號,，讓其停止將RNA翻譯成蛋白質(zhì),；但在這一微生物體內(nèi)，它則告訴細(xì)胞制造氨基甘胺酸,?？茖W(xué)家們也在另一種細(xì)菌內(nèi)發(fā)現(xiàn)了同樣的“記錄”活動。這表明,，生命的密碼可能比科學(xué)家們認(rèn)為的要更加靈活多樣,。
沃克說：“我們只是對小部分細(xì)菌進(jìn)行了測序，就有這么多新奇的發(fā)現(xiàn),，這表明,，細(xì)菌的生物多樣性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們的所知,。大約需要對1.6萬個細(xì)胞進(jìn)行測序，才能涵蓋全球未被研究微生物系的一半,。”
克雷格·文特爾研究所的杰弗里·麥克林表示：“最新研究彰顯了單細(xì)胞基因組學(xué)的強大力量，但也表明,，我們需要更加努力,，才能填補地球上微生物多樣性的知識鴻溝。”
總編輯圈點
微生物“暗物質(zhì)”的本意,，就是指過去從未在實驗室中進(jìn)行過培養(yǎng)或是測序的微生物,。其實在很多環(huán)境中，絕大多數(shù)微生物都不能用傳統(tǒng)方法來培養(yǎng)——我們傳統(tǒng)的微生物學(xué),，研究的不過是微生物浩瀚世界的冰山一角而已,。但科學(xué)家們已然可利用單細(xì)胞測序，讓來自單個細(xì)胞的DNA陡增十億倍,，再破譯它的基因組,，進(jìn)而為研究這些微生物界的“暗物質(zhì)”辟出道路。本文中的成果也正是基于此方法得出的,。（生物谷 Bioon.com）
生物谷推薦的英文摘要
Nature doi:10.1038/nature12352
Insights into the phylogeny and coding potential of microbial dark matter
Christian Rinke, Patrick Schwientek, Alexander Sczyrba, Natalia N. Ivanova, Iain J. Anderson, Jan-Fang Cheng, Aaron Darling, Stephanie Malfatti, Brandon K. Swan, Esther A. Gies, Jeremy A. Dodsworth, Brian P. Hedlund, George Tsiamis, Stefan M. Sievert, Wen-Tso Liu, Jonathan A. Eisen, Steven J. Hallam, Nikos C. Kyrpides, Ramunas Stepanauskas, Edward M. Rubin, Philip Hugenholtz & Tanja Woyke
Genome sequencing enhances our understanding of the biological world by providing blueprints for the evolutionary and functional diversity that shapes the biosphere. However, microbial genomes that are currently available are of limited phylogenetic breadth, owing to our historical inability to cultivate most microorganisms in the laboratory. We apply single-cell genomics to target and sequence 201 uncultivated archaeal and bacterial cells from nine diverse habitats belonging to 29 major mostly uncharted branches of the tree of life, so-called ‘microbial dark matter’. With this additional genomic information, we are able to resolve many intra- and inter-phylum-level relationships and to propose two new superphyla. We uncover unexpected metabolic features that extend our understanding of biology and challenge established boundaries between the three domains of life. These include a novel amino acid use for the opal stop codon, an archaeal-type purine synthesis in Bacteria and complete sigma factors in Archaea similar to those in Bacteria. The single-cell genomes also served to phylogenetically anchor up to 20% of metagenomic reads in some habitats, facilitating organism-level interpretation of ecosystem function. This study greatly expands the genomic representation of the tree of life and provides a systematic step towards a better understanding of biological evolution on our planet.
