PNAS：宏基因组与基因表达联合分析的方法

　　

生物通报道：研究海洋微生物的科研人员开发出一种联合基因表达分析和宏基因组（metagenomics）的方法。

 

来自美国麻省理工和宾夕法尼亚州大学的研究人员通过联合使用RNA扩增和新一代测序技术，分校了一个海洋微生物群落的基因表达和宏基因组。这项研究的结果发表在近日的《PNAS》杂志上。该研究不但证实了一些之前的发现，而且获得了一些意外发现——包括广泛表达的未知或假设基因。

 

研究人员对北太平洋的一个整体的群落进行了研究。为了增加可检测到的基因数量，他们利用RNA扩增方法来增加他们的总信号。

 

接着，研究人员利用测序仪捕捉了cDNA和基因组DNA。通过比较序列，他们还分析了序列多样性情况。为了验证他们的结果，他们还使用RT-qPCR和qPCR进行研究。

 

他们的分析发现了大量的与光合作用、碳固定合氮获得有关的基因。有趣的是，他们发现编码一种光活行色素的基因尤其丰富。

“宏基因组（Metagenome）”是由Handelsman等1998年提出的新名词，其定义为“the genomes of the total microbiota found in nature”，即生境中全部微小生物遗传物质的总和，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。宏基因组文库既包含了可培养的又包含了未能培养的微生物基因，避开了微生物分离培养的问题，极大地扩展了微生物资源的利用空间。

 

宏基因组是特定环境或共生体内所有生物遗传物质的总和，是一种不依赖于人工培养的微生物基因组分析技术。宏基因组方法很大程度上依赖于提取DNA的纯度，大片段DNA的成功克隆也是宏基因组方法的关键。（生物通雪花）

 

《科学》：科学怪人合成首个基因组

 

美国著名的“科学怪人”Craig Venter的研究团队向着创造合成生命体迈出了重要一步。该研究团队日前宣布，他们已经创造出了第一个合成基因组。 该研究组利用活体和离体技术创造出了J. Craig Venter研究所所长所说的“一种由人类制造的特定结构的最大分子，它比此前构建的最大DNA分子大20倍。

在本周的《科学》杂志上，研究人员在发表的论文上描述了这个由582970个碱基对构成的基因组的创造过程，并将其命名为Mycoplasma genitalium JCVI-1.0。 Venter表示，这确实是一个很大的分子。整个过程从四个化学瓶子开始，这些成果令他感到很振奋，但他表示这项成果很重要，但并不是他所追求的最终目标。

未参与该研究的Rutgers大学的生物化学家Richard Ebright评价说，这项成果非常重要，为用合成DNA完整地重新编排一个生命体奠定了基础。 去年六月,该研究组成功将一个细菌的基因组移植到了另外一个细菌中，这项成果成为合成生物学的一个里程碑。该研究所表示，他们的最新研究室向着创造完整的合成生物前进的三个关键步骤中的第二步。

下一步，研究人员希望能够在一个完整的合成基因组的基础上创造出活细胞。但是，到目前为止，这个目标还未实现。 Venter强调说，他的研究组仍然需要克服许多大的障碍才能达到这个目标。即使如此，他还是表示离目标已经不远了。

创造长链的合成DNA非常困难。因此，之前合成DNA长度记录只有32000个碱基对。 新文章的主要作者、该合成计划的领导者Hamilton Smith表示，几年前在他们开始这项研究的时候，他们就知道会遇到非常多的困难，因为他们踏足的是一个未知的领域。 Smith和同事的方法是合成较小的DNA”包裹”并且将它们在大肠杆菌和酵母菌Saccharomyces cerevisiae中修补在一起。他们总共合成了这样的101各重叠的“黑盒子”，每个片断的长度范围在5000到7000个碱基对之间，并且含有一个或多个完整基因。

研究组在大肠杆菌中将这些“积木”装配起来，直到它们构成了四分之一基因组那么大。这时，研究人员陷入了困境：在大肠杆菌种装配半个或一个基因组无法实现。 然后，他们相当使用一种能够耐受更大的DNA片断的细菌——S. cerevisiae，并且利用一种叫做TAR（Transformation-associated Recombination）的技术在一个酵母人工染色体上构建出了基因组。

为了确保基因组拷贝的正确，17名研究人员利用了M. genitalium基因组的大量测序、重测序基因组在研究开始和进行过程中测序他们的结构。 但是，JCVI－1.0不是一个精确的M. genitalium基因组复制品。研究人员特意用一种抗生素抗性标记打断了一个传染基因。他们还插入了水印（短的序列或拷贝）来讲它与天然的M. genitalium基因组加以区分。

另外，他们还不小心打断了一种关键的RNA编码区域，这个错误将必须在他们成功移植基因组前加以修复。如果研究组成功移植了这种合成基因组，他们将继续向着他们的最终目标前进。 Venter和同事一直都希望能够创造出合成的生物体，它们将能用于生物能源研究。由于M. genitalium的基因组相对较小，因此这种细菌的基因组可能成为新合成基因组的基本骨架。