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发现多样性一次一个细胞

2019-01-01 14:46:58 • 来源：

人们不得不猜测有多少果冻豆或大理石可以填充罐子的游戏永远不应该使用蓝细菌Prochlorococcus。根据一些估计，在一升水中可以找到多达1亿个这种微小细菌的细胞。这些重要的生物体是海洋食物链的基础，被认为是每年提供地球产生的约20%氧气的原因。

发现多样性一次一个细胞

虽然它被认为是单一物种，但这种单细胞生物可以分为几种不同的主要生态型 - 以可变因素为特征，如季节，深度和地理模式。然而，即使在这些生态型中，Prochlorococcus细胞仍然显示出广泛的基因组多样性。为了更多地了解这一级别的蓝藻种群，麻省理工学院海洋微生物学家Sallie Chisholm是美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)的长期合作者，他领导了一个团队，将单细胞基因组学应用于从这些蓝藻中收集的这些蓝细菌。环境在一年中的三个不同时间。

正如2014年4月25日出版的“ 科学”报道，Chisholm，她的博士后研究员Nadav Kashtan以及他们在DOE JGI的合作者对百慕大 - 大西洋时间序列研究中收集的单细胞的Prochlorococcus基因组进行了测序和组装。 2008年11月至2009年4月期间，他们在已知的生态型中发现了细胞簇，表明蓝藻亚群的相对丰度随着季节的变化而变化，这可能是对环境变化的反应。然后，他们以更精细的比例分析细胞，对来自选择簇的部分基因组进行测序。

该小组想知道群内的Prochlorococcus亚群是否在基因组上是不同的。答案结果是肯定的，这些所谓的“基因组骨架”中的每一个都由高度保守的核心基因等位基因或替代形式以及较小的不同灵活基因组成。“核心等位基因与灵活基因含量之间的这种共变及其精细的分辨率代表了野生原球菌内微多样性的一个新维度。人群，“该团队在他们的研究中报道。“已经在培养的分离物和宏基因组装配中发现了类似的模式，这些模式在一些其他微生物物种的共存成员中具有非常不同的生态学，这表明分化的基因组骨架可能是不同类型微生物种群的特征。”

这些丰富的Prochlorococcus亚种群的广泛多样性在DOE JGI的Rex Malmstrom的帮助下得到了验证。“我的贡献是提供必要的控制数据，”他解释道。“我们可以根据我们在单细胞基因组学方面的广泛研发工作来做到这一点。”

Malmstrom说，Chisholm实验室发现野生Prochlorococcus种群中细胞与细胞之间存在显着的序列变异，但需要通过对照来了解单个Prochlorococcus细胞之间的差异部分是由于基因组扩增，测序和装配过程。这可以通过使用相同的样品分析管道分析许多已知的相同的单个细胞来确定。

“这是一件既困难又耗时的事情，但当我们测试单细胞程序的变化时，我们经常在JGI做这件事，”他说。“因此，我查看了我们选择的测试生物大肠杆菌的研发数据，发现了一组经过类似处理并具有与野生原球菌所用数据相似的序列质量的数据。我们使用我们自己的装配和分析程序估计相同大肠杆菌之间的差异比野生Prochlorococcus之间的差异低100倍。为了更好地衡量，Chisholm实验室还通过他们用于Prochlorococcus的相同装配和统计分析程序运行原始大肠杆菌序列数据。并发现相同的大肠杆菌之间的差异比野生Prochlorococcus的差异低100倍。这证实了他们在野生原球菌细胞中看到的差异的大小是迄今为止数据中最强的信号，技术工件很少。“

该小组指出，如果每个蓝藻骨架亚群被计为不同的物种，那么Prochlorococcus由数千种物种组成。此外，他们补充说，这些群体中的每一个都可能有助于维持“ 全球海洋中的Prochlorococcus '集体'的动态稳定性。”团队得出结论，如此大量共存的具有不同基因组骨架的亚群可能是免费的特征。 - 在高度混合的栖息地中拥有大量种群的活细菌。

“令人欣慰在这个项目的一部分，与JGI的工作，因为这是在原绿球藻基因组学的故事开始大约15年前，”奇泽姆说。“他们对从我们从不同海洋中分离出来的两种菌株的基因组进行了测序，让我们第一次看到这一群体的多样性。同样，JGI目前收集的许多Prochlorococcus基因组在我们最近的工作中是一个非常宝贵的资源。这些“参考基因组”是解开我们在野生种群基因组中看到的模式奥秘的关键。“

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