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        合作文章COOPERATION ARTICLE

        顧問文章|中山大學生命科學學院李文均教授及其研究團隊研究成果榮登National Science Review!

        來源:admin    發布時間:2021-03-22   閱讀數:397

        近日,美格基因科學顧問、中山大學生命科學學院李文均教授及其研究團隊在National Science Review上發表了題為“Microbial dark matter coming to light: challenges and opportunities”的觀點文章,詳細闡述了微生物暗物質的研究進展及微生物暗物質研究的挑戰與機遇,為微生物暗物質未來的研究方向提供了切實可行的建議。以下為該觀點文章的精彩解讀。

        焦建宇博士為本文第一作者,李文均教授為本文通訊作者。熱烈祝賀李文均教授及其研究團隊!


        Microbial dark matter coming to light: challenges and opportunities

        微生物暗物質研究走向光明:挑戰與機遇


        顧問文章|中山大學生命科學學院李文均教授及其研究團隊研究成果榮登National Science Review!

        作者:Jian-Yu Jiao (焦建宇), Lan Liu (劉蘭), Zheng-Shuang Hua (花正雙), Bao-Zhu Fang (房保柱), En-Min Zhou (周恩民), Nimaichand Salam, Brian P. Hedlund and Wen-Jun Li (李文均)?

        期刊:National Science Review

        時間:2021年3月

        影響因子:16.693

        DOI:10.1093/nsr/nwaa280


        主要內容

        微生物具有地球上最為豐富多彩的細胞生命形式,廣泛存在于各種生態環境中。目前有超過99%的細菌和古菌都無法獲得純培養菌株,我們對微生物世界的認知仍是冰山一角。這些只能通過免培養手段檢測到的未培養微生物被稱為微生物暗物質(Microbial Dark Matter,MDM)。對于MDM認知的匱乏,使得微生物在物種和功能多樣性等方面充滿了神秘色彩。MDM研究將對人們揭開MDM的神秘面紗、積累物種和遺傳資源具有重要意義。


        1. 科技為MDM帶來光明

        地球上存在大量的未培養微生物資源,而過去幾十年的研究工作多是以可分離培養的微生物為基礎開展的科研探索。直到測序技術和方法的革新,才使得直接從原始環境樣本中獲得MDM基因組成為可能。值得注意的是,從單細胞測序和宏基因組測序技術中獲得基因組序列(Single-Amplified Genomes,SAGs和Metagenome-Assembled Genomes,MAGs)為MDM研究帶來前所未有的光明,極大地拓展了我們對微生物世界的認識。對SAGs和MAGs的分析可以回答MDM的基本科學問題:它們是誰、它們在哪和它們的功能是什么(圖1)?


        顧問文章|中山大學生命科學學院李文均教授及其研究團隊研究成果榮登National Science Review!
        圖1.MDM的基本研究策略


        2. MDM研究充滿驚喜

        對SAGs和MAGs的研究揭示了許多與自然界微生物多樣性的重大發現,如從大量宏基因組數據中分析得到數量龐大的MDM基因組,通過對其序列研究確立新的細菌門和古菌門,重塑微生物進化樹。同時對MDM基因組功能和代謝潛能的深入研究讓我們了解到更多的微生物新功能,未來可應用于生物醫學、生物能源和生態環境修復方向。MDM功能的多樣性,向人們展示了其“多姿多彩”的一面,并讓我們更加深刻的認識這個人類賴以生存的生命世界。


        3. MDM研究的挑戰與機遇

        DNA測序技術的便利使得MDM的基因組序列極大擴張,MDM研究正從小數據時代轉入到大數據時代。如何最大限度地利用大數據正是我們在后基因組時代開展MDM研究需要深入思考的問題。作者在此提出MDM研究目前面臨的三個主要挑戰:第一個是目前對MDM沒有統一的命名規則,不利于科研學者之間的學術碰撞和成果共享,因此迫切地需要科研學者的共同努力建立一套能被普遍接受的MDM的命名規則。第二個是僅從MAGs和SAGs的基因組信息難以進行深入的微生物功能研究。目前基于基因組序列對于MAGs和SAGs的代謝潛能進行的研究僅是序列上的預測,并非通過更加強而有力的證據鏈做支撐,而且目前大多數基因還處于未知功能狀態。因此MDM的功能研究需要與多組學及包括FISH、MAR、nanoSIMS技術,甚至異源表達相結合。第三個是對MDM的分離培養仍然是十分具有挑戰的工作。幸運的是,SAGs和MAGs結合多組學和其它技術對于MDM的功能理解可以有助于富集分離實驗的開展,可根據過往的研究結果設計出合理的培養策略。同時需要考慮微生物相互作用對于生存的重要性,共存網絡和功能網絡的分析也將利于MDM的富集分離。


        4. MDM研究的未來

        對于MDM,未來的研究重點集中在它們是誰、它們在哪和它們的功能是什么?因此作者建議:(1)堅持對各個生境以包括宏基因組、宏轉錄等多組學的方式進行MDM研究,將有助于拓展我們對微生物物種和功能多樣性的認知;(2)原位實驗結合組學分析,以及采用包括FISH、NanoSIMS、Raman和異源表達等技術對MDM功能進行探索;(3)結合多組學和功能網絡信息等指導富集培養策略。同時,作者指出MDM研究需要多學科、多維度的交叉合作,因此構建MDM研究中心將有助于解決目前所面臨的挑戰。

        目前對MDM的研究還處于起步階段,人們對MDM的研究成果就像是打開一個個充滿驚喜的“魔術盒”,未來對MDM的進一步探索的過程中會發現更多意想不到“驚喜”,而每一個“驚喜”都將成為進一步探索MDM生化進化和功能機制的基石。

        原文鏈接:https://academic.oup.com/nsr/article/8/3/nwaa280/6027462?login=true




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