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Nature發(fā)布擬南芥微生物組新成果，可在實驗室中對其進行重建 ...
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沒有哪種生物是孤立的——這一事實也適用于植物。健康的植物具有復雜的微生物群落，包括超過100種細菌，它們在植物的生長和健康中扮演重要角色。植物只允許使用一個選擇的細菌群落，命名為微生物組（microbiota），主要來源于自然土壤中存在的微生物的廣泛多樣性。 最近，德國馬克斯普朗克植物育種研究所的研究人員，與瑞士的科學家一起，將模式植物擬南芥（Arabidopsis thaliana）葉片和根中發(fā)現(xiàn)的細菌，培育出了超過一半。利用純培養(yǎng)中的這400多種細菌菌株的代表性集合，研究人員現(xiàn)在可以在實驗室設(shè)置中，重建擬南芥根和葉中的任何微生物組。這一研究成果，標志著使用定義微生物組的植物微生物生態(tài)學開啟了一個新時代。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在最近的《Nature》雜志。 植物微生物組這個相對年輕的研究領(lǐng)域，旨在產(chǎn)生植物相關(guān)微生物群落的詳細目錄。著名植物生物學家、馬克斯普朗克植物育種研究所的Paul Schulze-Lefert教授和蘇黎世聯(lián)邦理工大學的Julia Vorholt及其他們的同事，現(xiàn)在已經(jīng)向這個目標邁出了重要一步。該研究小組將在自然界生長的擬南芥根和葉中定植的細菌，培養(yǎng)出了超過一半，并建立了細菌菌株的一個集合，有了這些菌株，就可以在無菌植物上重建葉片和根系微生物組。 實驗室產(chǎn)生的細菌群落和自然界的細菌群落之間，具有驚人的相似性，這為微生物群重建生物學打開了大門。使用這種定義的微生物群，使我們首次能夠在控制的環(huán)境條件下控制微生物群的擾動，而沒有自然界種因環(huán)境波動而不可避免的變幻莫測。 這兩位科學家培養(yǎng)出了根系中發(fā)現(xiàn)的高達百分之65的細菌，和葉片微生物群中發(fā)現(xiàn)的高達百分之54的細菌。然而，根據(jù)微生物生態(tài)學中公認的看法，不可能從自然環(huán)境樣品中培養(yǎng)超過百分之一的細菌。Schulze-Lefert說：“這是完全錯誤的。我們從細菌培養(yǎng)研究中得知，我們的主要培養(yǎng)物，包含了微生物群中存在的大部分細菌，并為天然根、葉微生物組的分類多樣性，提供了一個很好的代表。這個集合可能并不完美，但它為微生物組重建實驗提供了一個很好的出發(fā)點。” 根據(jù)對細菌種類進行更仔細的檢查，Schulze-Lefert和Vorholt觀察到，擬南芥葉片和根系中發(fā)現(xiàn)的微生物群落之間，有相當大的相似性。Schulze-Lefert解釋說：“幾乎一半的物種是相同的。”盡管根系微生物的樣品是在科隆收集，葉片微生物群的樣品是在蘇黎世和賓根收集，但是，如果你從一個更高的分類學角度來考慮根和葉微生物群，即從目前細菌科類的水平，則根本沒有任何差異。因此，在不同的自然環(huán)境，微生物組具有很強的穩(wěn)健性�！� 研究小組通過DNA測序，確定了他們這個集合中的432個細菌分離株，并對其進行了比較。Schulze-Lefert說：“我們不僅有純培養(yǎng)用于重建實驗，而且我們也知道，我們這個集合中每一個群落成員的基因組�！笨茖W家就能夠比較葉片和根系微生物群落的生化功能。為此，他們將來自基因組的基因，與一個計算機組合成為功能網(wǎng)絡(luò)。根、葉微生物群中細菌種類的相似性，相當于相應基因組編碼的功能能力的一個廣泛重疊。這樣的實驗在今天是可能的，因為許多基因的生化功能是已知的。 由于基因組編碼的功能能力的廣泛重疊，和物種分布的相似性，Vorholt和Schulze-Lefert認為，大多數(shù)的根、葉相關(guān)細菌，起源于非常不同的土壤微生物區(qū)。這表明，一種植物的葉子主要被來自土壤的細菌所統(tǒng)治，通過根系作為中途停留。然而，也有可能觀察到由葉和根相關(guān)細菌的基因組所編碼的功能差異。這些與根、葉小生境的明顯差異有關(guān)。 科學家們還進行了微生物組的重建實驗。為此，他們使用一個封閉的人工環(huán)境，用無菌粘土作為土壤的替代品，和無菌的擬南芥種子。培養(yǎng)是在透明的無菌室中進行的，在不同的時間點上被接種了定義的細菌群落。Schulze-Lefert說：“雖然系統(tǒng)是高度人工化的，但是根、葉部的微生物組，與生長在自然界的植物中的微生物組，都是非常相似的�！� 即使定義的微生物組接種液被添加到粘土，葉片或根部的微生物組，不僅能夠居住在對應的植物器官，而且在相當大的程度上，也能居住在遠處的葉片和根器官。如果葉片和根系微生物進行混合，然后應用于粘土，根系微生物群要優(yōu)于根部的葉來源細菌群落。葉片中的葉微生物組存在一個相應的競爭優(yōu)勢。 科學家們表示，這些微生物的重建實驗處于早期階段。他們現(xiàn)在可以將單個細菌物種或整個細菌家族從定義的微生物群中忽略掉，并在不同的環(huán)境壓力條件下檢測它們。他們認為，這樣的控制擾動實驗，將對“細菌群落如何組織并為植物生長提供土壤養(yǎng)分，以及微生物組如何保護其宿主抵抗微生物致病體”，提供了一定的分子見解。(參考文獻：Functional overlap of the Arabidopsis leaf and root microbiota) 以微生物基因組測序領(lǐng)域的先進技術(shù)和豐富的項目經(jīng)驗作為積淀，TBC投入大量研發(fā)精力，在動植物基因組研究方面精心研發(fā)和不斷探索，借力Pacbio RS II和Opegen Argus光學圖譜平臺，為客戶提供完善的動植物基因組研究方案，將推進植物基因組以下研究方向： （1）復雜基因組（高GC,高重復）測序； （2）植物分子育種； （3）植物基因組denovo測序。 某二倍體植物基因組大小為350Mb左右，雜合度比較高。天津生物芯片使用P6-C4試劑組合，進行上機測序，測其全基因組DNA。最終得到subreads的總數(shù)據(jù)量為30.4Gb，經(jīng)過過濾的subredads長度的N50值為15450bp，subreads的平均長度為11054bp。采用TBC研發(fā)的拼接策略僅用Pacbio進行denovo拼接，最終獲得了321Mb基因組序列，最終拼接結(jié)果的Contig N50值達到1.35Mb。 天津生物芯片技術(shù)策略 應用Pacbio平臺2015年發(fā)表部分文章 1，Novel Exons and Splice Variants in the Human Antibody Heavy Chain Identified by Single Cell and Single Molecule Sequencing 2，Next generation multilocus sequence typing (NGMLST) and the analytical software program MLSTEZ enable efficient, cost-effective, high-throughput, multilocus sequencing typing 3，Clonal distribution of BCR-ABL1 mutations and splice isoforms by single-molecule long-read RNA sequencing 4，Completing bacterial genome assemblies: strategy and performance comparisons 5，PacBio-LITS: a large-insert targeted sequencing method for characterization of human disease-associated chromosomal structural variations 6，Complete Genome Sequences of Eight Helicobacter pylori Strains with Different Virulence Factor Genotypes and Methylation Profiles, Isolated from Patients with Diverse Gastrointestinal Diseases on Okinawa Island, Japan, Determined Using PacBio Single-Molecule Real-Time Technology 7，Long-Read Single Molecule Sequencing To Resolve Tandem Gene Copies: The Mst77Y Region on the Drosophila melanogaster Y Chromosome. 對于PacBio三代測序，更詳細的產(chǎn)品及應用信息，請登錄天津生物芯片網(wǎng)站http://www.tjbiochip.com，尋找您的專屬實驗方案。 |
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