【粉红色微生物群】利用纳米孔技术研究希利尔湖微生物组

文章发于2018年9月27日

导读

极端环境中的微生物群研究一直受到其地域限制而难以实施，而便携式的实时纳米孔测序在极端环境微生物组研究中发挥越来越重要的作用。无论是研究海拔4000米的高山冻土微生物群，极寒地区的冰山微生物群，亦或是此次开展的粉色微生物群研究，纳米孔测序都能够交付出色的答案！

图1：希利尔湖是位于西澳大利亚海岸中央岛上的盐湖，以其亮粉色而闻名，这种颜色是由各种微生物造成的。图片由Ken McGrath博士（澳大利亚基因研究平台）提供。

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宏基因组分析是鉴定环境样品中真正多样性的唯一途径。长读长和能够快速实现亚种水平鉴定的MinION测序揭示了使用其他方法无法获取的新数据。

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位于西澳大利亚海岸的一个偏远岛屿上，有一个以亮粉色而闻名的盐水湖——希利尔湖（Lake Hillier），该湖水的含盐量超过了海水含盐量的十倍（图1）。这种不寻常的颜色被认为是源自一种红色藻类（杜氏盐藻），但由于此前尚未有人对此进行过正式研究，该湖泊的实际微生物组成也呈未知。到底是怎样的极端微生物造就了浪漫多姿的粉红湖呢？

在一个全球性的科学合作项目——极端环境微生物群研究项目（XMP-extrememicrobiome. org; XMP）中，西澳大利亚的希利尔湖被选为了几个研究地点之一。

极端微生物作为一种珍贵且独特的生物资源，开展对它们的研究，不仅有助于揭示生命与环境的相互适应规律、阐明生物多样性形成的机制，还将在极大程度上促进微生物在环境保护、人类健康和生物技术等领域的利用。

eXtreme微生物组研究的目的在于分析极端环境中的微生物的特征，发现新的微生物，并针对新微生物制定新的研究流程和方案。项目研究的极端环境包括土库曼斯坦的“地狱之门”天然气坑洞、冻死猛犸象周围的多年冻土、南极血红色瀑布，甚至是国际空间站提供的样品。

粉红色微生物群

为分析粉红湖中的生物组成，来自澳大利亚基因组研究所的Ken McGrath博士带领团队采集了粉红湖顶层和下层湖水以及沉积物样本，用于进行针对微生物组的宏基因组测序分析。

作为XMP的成员之一，Ken McGrath博士认为，极端环境微生物不同于其他微生物群落的提取。因为GC含量，使得他们通常更加难以测序，因此极端环境的研究需要不同的处理方式。 

传统的基于培养的分析可以解析13种不同微生物，培养法偏向于细菌种属。使用短读长测序技术进行的基于16S的微生物分析建立了更完整的代表性分类，但对于种属层级的鉴定还存在问题。

相比之下，使用纳米孔技术的全鸟枪DNA测序法实现了种属层级的分类学分类，仅在测序开始2小时后，便开始出现更为完整的分析图谱。测序开始24小时后便可获得最终结果，创建完整的系统树，并成功鉴定了藻类、古细菌、细菌和病毒。

XMP项目发现，一种名为Salinibacter ruber的红色细菌在湖泊宏基因组学图谱中占据主导地位，而杜氏盐藻含量相对较低。据此该项目得出结论，湖水的粉红色是由该细菌引起的，而不是之前认为的藻类。

在希利尔湖微生物组研究以及XMP其余的工作中，均是在极端缺少研究的环境下，将便携式的实时纳米孔测序置于微生物组研究的最前线。

例如，近期，南方科技大学环境科学与工程学院的夏雨课题组，就带着MinION测序仪来到了海拔4000米的青海省海北藏族自治州祁连山，进行高山冻土微生物群系的野外采样（详情请点击阅读【南方科技大学】MinION测序仪祁连山高海拔冻土微生物群系野外调研），并在野外工作站上利用纳米孔技术完成冻土微生物的测序和初步分析。

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