宏基因组测序

经典案例

全球海洋微生物结构与功能

Structure and function of the global ocean microbiome

期刊:Science
影响因子:31.477
发表单位:欧洲分子生物学实验室,Tara Ocean联盟
发表年份:2015年5月

一、研究背景

微生物是生物化学主要动力,但对它们的微生物种群结构、功能多样性以及生态因素进行总体分析还存在很大挑战。

二、方法流程

取材

全球主要代表性海洋区域(除北极外)68个采样点分三层(表层SRF,最低光合作用层DCM,中层MESO)不同海水中采集243份样品。

建库

海水样品总DNA提取
(NEBNext Sample Reagent Set)

测序

illumina PE100

分析

1. OTU聚类和分析
2. 基因预测
3. 菌群结构和功能分析
4. 统计模型和相关性分析

三、研究结果

1. 海水中微生物菌群

本研究建立了一个全球海洋微生物内参基因目录(OM-RGC),包含>4,000万个来自病毒、原核生物、微型真核生物的非冗余,且大部分为新发现的基因,约为人体肠道微生物内参基因目录数目的4倍,大部分为细菌中的基因。

2. 海洋的生态环境与微生物菌群的相关性

PCoA分析显示,跟光照、温度和营养相比,海水深度对微生物种群构成的贡献率为73%,随海水深度的增加,微生物物种和功能多样性增加,而细胞密度和细胞最大增长速率降低。

3. 海洋微生物vs人体肠道微生物

人体肠道微生物核心直系同源家族中仅有9%是未知的,而海洋微生物中这一比例是40%,分析两个微生物生态系统(海洋与人体肠道)发现,尽管这两种生态系统理化因素差别很大,但海洋微生物核心功能与人体肠道微生物相似性>73%。

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四、研究结论

Tara Ocean研究团队,结合生态学、系统生物学和海洋学来研究海洋中浮游生物,研究得到很多珍贵资源如海洋微生物内参基因列表、浮游生物(病毒、原核生物、微小真核生物)多样性普查表,为研究海洋微生物之间及微生物与环境互作提供方法理论基础。研究发现温度是微生物物种多样性最大的驱动力,海洋微生物中广泛的功能预示其影响全球气候变化的潜力。

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