Metagenomics:改变我们对海洋的理解

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如果你曾经亲自谈过了我5分钟过5分钟,我可能会提到!#$%*对高吞吐量排序的令人敬畏。坦率地说,我有点痴迷。如果我的生命是一个SAT类比,那将是BIK博士:作为少女的排序平台:暮光之城。我华丽的illumina从不睡觉(连续2周为125 bp配对结束运行);您必须用宝贵的液体(但该死的试剂昂贵)。最重要的是,它闪闪发光(Pyrosequencing =随着个体核苷酸的闪光掺入)。

Bik博士经常抚摸Illumina机器

但我不是唯一一个迷恋的人。排序的进化已经迎来了一种真正的水生研究革命。这不是美国海洋生物学家懒惰所有这些年啤酒是研究过程的一个组成部分当然- 但我们只是没有让居住在海洋中的巨大未被发现的生物多样性所需的工具。DNA测序技术的基本进步驱动,现在可以使用一种呼叫的方法metagenomic.S:

偏见方法概述(Gilbert&Dupont,2011年的数字)

Metagenomics的基本定义是来自整个社区的基因组DNA的分析;this separates it from genomics, which is the analysis of genomic DNA from an individual organism or cell…definitions have varied to include any study whereby a whole community is analyzed, e.g., directed studies of 16S rDNA diversity from an environment to isolation and analysis of total DNA from environmental samples without prior cultivation (Chen & Pachter 2005). [Gilbert & Dupont, 2011]

一些非常酷的东西是最近的研究。由于深序,通过人口跟踪自然选择基因组学正在成为现状。看起来区域环境可以塑造普通水柱细菌的相当柔韧的基因组含量,例如Pelagibacter Ubique.,现在即使在微生物物种中也存在地理分离的证据。我们还获得了代谢洞察力:例如,Prochlorocccus.生活在热带太平洋的钢铁水域中的细菌具有令人惊讶的高效,精简的细胞途径,以从周围环境中提取这一重要的微量元素。

此外,说明营养周期的所有那些漂亮的教科书图形可能是waaaaaay太简单:微生物X产生这种代谢物,由物种Y等占用。我们认为我们对磷自行车的理解非常了解。除了我们没有。Metagenomics现在告诉我们“生物惰性”膦酸盐实际上是海洋微生物使用的一些主要分子。在实验室微生物中使用微生物在实际生态系统中易于培养的微生物开发了古典视图,该群体仅代表社区的一分钟分数。

由于全球海洋抽样探险的结果,已经发布了许多偏见数据(Gilbert&Dupont 2011的数字)

什么是显着的,这一切都来自于字面意思降低海水。每项研究搅拌数百万DNA序列正在分析不到1%在样品中的遗传物质。自2004年以来,下一代测序平台如454.illumina坚硬的真的起飞了,科学家已经积累了〜4000亿基对的微生物DNA - 所以,在7年内,我们只看过1毫升海水中存在的核苷酸的3%。高吞吐量排序平台就像生物学家的哈勃望远镜 - 真正令人兴奋和强大,但一旦转动它们并在所有那些新的星系上看镜头到目录,你的第一个回应就是“哦,该死......”

我忘了提到偏见的研究几乎忽略了这一点的真核生物。(这就是我的实验室进来的地方 - 我们正在为失败者而战!):

使用Metagenomic工具的科学家们已经伪造了真核生物的潜在原因之一是所需的成本,而是针对原上的重点项目的成本。即使是最小的自由生活真核生物,光合血糖乌欧鸵鸟科它的基因组比普通海洋细菌大5倍(Derelle et al. 2006, Palenik et al. 2007)。在光谱的更极端的一端,一些鞭毛藻的基因组似乎比人类基因组大得多(Hackett et al. 2005)。令人困惑的是,真核生物基因组的基因密度远低于细菌和古细菌,这意味着同样的测序工作将为原核生物提供更多的信息。另一个障碍是真核生物超王国的固有多样性,缺乏参考基因组,以及真核生物基因组的系统发育复杂性。[Gilbert&Dupont,2011]

换句话说,每个人都知道真核生物研究人员在这一点上是相当糟糕的。微生物生物学家早在20世纪70年代就加入了DNA的潮流,现在他们已经掌握了几十年的基因信息和资源。新利app全站另一方面,有人刚刚发现线虫实际上DNA(嗯,不是真的,但你得到了这个想法)。分类,并将继续成为能够在显微镜下可视化的强大力量。不幸的是,这种统治的形态传统也可以阻碍进展深度测序是强大的,但它也需要强大的工具;你不能用手注释一百万个序列。真核生物研究人员有很长的愿望清单,需要开发的软件和脚本,但我们每天都在制作巨大的进步。我们是生物信息忍者。

值得庆幸的是,Bik博士的衣服感得多比这个特殊的生物信息忍者

参考:
吉尔伯特,J。,杜邦,C。(2011)。微生物偏心组合:超越基因组海洋科学年度审查,3(1),347-371 DOI:10.1146 / annurev-marine-120709-142811

冬青Bik (160个帖子

我是加利福尼亚大学河畔的计算生物学家。我的研究使用DNA测序和基因组学研究海洋生态系统中的微生物真核生物(YEAH,NEMATODES!),重点是深海的进化和生物多样性。我既不能确认也不能否认我喜欢Unix,而不是我喜欢上海。


7回复“Metagenomics:改变我们对海洋的理解”

  1. 哦,我不知道你是一个排序书呆子;)虽然争论的一个争论,但索尔卡机使用可逆染料终止来阅读碱基。我不知道你是否做了排序,但在6次循环后,裂解混合在下一轮底部融合后再生3'末端。454是一种焦点奎松:)

  2. 感谢您关于文章的洞察力博客。我们真的希望帮助改善肉桂组合研究的真核节分析 - 微生物真核特别是生态系统的一个非常有价值的部分,而不理解它们在塑造功能潜力和代谢产货方面的作用,尤其是在季节性周期中的作用。

    保持凉爽的博客。@gilbertjacka.

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