神秘微生物的发现为海洋生态系统研究带来新视角

罗氏供稿 生物通翻译 首篇利用454测序系统全新GS FLX Titanium试剂发表的论文聚焦宏基因组学

　　

一种在公海中发现的非同寻常的微生物迫使科学家们不得不重新思考他们对于海洋生态系统中碳氮循环的理解。一个来自美国加利福尼亚大学的研究小组利用罗氏属下454生命科学公司全新的GS FLX Titanium系列试剂对海洋样品的宏基因组进行测序，发现了一种全新的蓝藻物种。该测序系统的超长读长、且高度准确的技术为发现这种长期被忽视的细菌物种，及其令人吃惊的遗传组成提供了全面的视野。

这项研究发布在2008年11月14日的《科学》杂志上，并详细叙述了新品种蓝藻的发现过程。蓝藻是一类可进行光合作用的细菌，以前被称为蓝绿藻。与其它已知的自由生活的蓝藻不同，这个物种缺乏固定碳源和进行光合作用的基因----光合作用是光能依赖的过程，将二氧化碳和水转化成糖，副产物是氧气。重要的是，这种神秘的微生物是另一个关键生态功能的专家。它能将大气中的氮“固定”成为其它生物可利用的形式，为海洋提供了天然肥料。

“它拥有如此非同寻常的代谢过程，这着实让人兴奋。”首席研究员Jonathan Zehr说到。“我们正在尝试了解像这样的生物在缺少了这么多要素情况下如何生存和生长。”Zehr小组早期的研究发现了近海和公海中数量多得惊人的固氮蓝藻。尽管空气中80%是氮气，但除非氮气被固定成为氨和硝酸盐之类的分子，否则大部分生物不能直接利用。由于氮对所有生命形式都非常重要，固氮成为调控海洋中总生物量的主要因素。Zehr表示：“新细菌是许多海域中最丰富的固氮者之一。从生态学的角度出发，了解它在生态系统中的作用以及它如何影响碳氮平衡非常重要。”

新的蓝藻是利用全新的GS FLX Titanium系列试剂对富集的海洋水样品进行快速、高通量的基因组DNA测序从而发现的。实际上，这项研究是试剂系列升级后发表的首篇文章。升级后的试剂能在每次运行中产生超过100万个独立片段读数，读长大于400个碱基。“我们对于获得数据及分析结果的速度非常震惊。多年来我们一直试图培养这种微生物，但没有成功，有了GS FLX Titanium单次运行所产生的数据，我们在几天之内就通过单次测序运行，从环境样品直接获得了宝贵的基因组信息。”Zehr解释 “这个系统超长的读长对于我们从复杂的微生物群体中鉴定并分析这种独特的细菌基因组来说非常关键。”

“这项研究清楚证实了新GS FLX Titanium系列试剂所能产生的既长且高度精确的读长的重要性和利用价值。序列读长和结果的拼接正是Zehr小组完成此项吸引人的长期研究中所缺少的一环。”454生命科学高级技术整合部的项目负责人Jason Affourtit如此说到。他也是这项研究的合作者。

研究小组希望继续他们的研究，定位新细菌在海洋中的位置，并测定它的全球丰度。他们还将关注该物种的代谢与其他已知的蓝藻的区别。尽管这种细菌的培养尚未成功，新的基因组信息为探索其不同寻常的代谢机制在生物技术上的应用开辟了潜在的途径。

该论文的题目是“Globally distributed Uncultivated Oceanic N2 -Fixing Cyanobacteria Lack Oxygenic Photosystem II”，发表在11月14日的《科学》杂志上。

454生命科学是罗氏应用科学旗下卓越的中心之一，开发并商业化了创新的454测序系统，用于超高通量的DNA测序。具体的应用包括基因组的从头测序和重测序、宏基因组学、RNA分析和DNA目标区域的定向测序。454测序系统的特点是样品制备简单且无偏向性，读长超长且准确度高。454测序系统的技术已经催生了各个研究领域的几百项经同行评议的研究文章，例如癌症和传染病研究、药物筛选、海洋生物学、人类学、古生物学等各方面研究。如需更多信息，请访问<http://www.454.com>。预查询该技术信息，请访问www.roche-applied-science.com/sis/sequencing <http://www.roche-applied-science.com/sis/sequencing>。

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