首篇利用454測序系統全新GS FLX Titanium試劑發表的論文聚焦宏基因組學

 

一種在公海中發現的非同尋常的微生物迫使科學家們不得不重新思考他們對于海洋生態系統中碳氮循環的理解。一個來自美國加利福尼亞大學的研究小組利用羅氏屬下454生命科學公司全新的GS FLX Titanium系列試劑對海洋樣品的宏基因組進行測序，發現了一種全新的藍藻物種。該測序系統的超長讀長、且高度準確的技術為發現這種長期被忽視的細菌物種，及其令人吃驚的遺傳組成提供了全面的視野。這項研究發布在2008年11月14日的《科學》雜志上，并詳細敘述了新品種藍藻的發現過程。藍藻是一類可進行光合作用的細菌，以前被稱為藍綠藻。與其它已知的自由生活的藍藻不同，這個物種缺乏固定碳源和進行光合作用的基因----光合作用是光能依賴的過程，將二氧化碳和水轉化成糖，副產物是氧氣。重要的是，這種神秘的微生物是另一個關鍵生態功能的專家。它能將大氣中的氮“固定”成為其它生物可利用的形式，為海洋提供了天然肥料。

 

“它擁有如此非同尋常的代謝過程，這著實讓人興奮。”首席研究員Jonathan Zehr說到。“我們正在嘗試了解像這樣的生物在缺少了這么多要素情況下如何生存和生長。”Zehr小組早期的研究發現了近海和公海中數量多得驚人的固氮藍藻。盡管空氣中80%是氮氣，但除非氮氣被固定成為氨和硝酸鹽之類的分子，否則大部分生物不能直接利用。由于氮對所有生命形式都非常重要，固氮成為調控海洋中總生物量的主要因素。Zehr表示：“新細菌是許多海域中最豐富的固氮者之一。從生態學的角度出發，了解它在生態系統中的作用以及它如何影響碳氮平衡非常重要。”

 

新的藍藻是利用全新的GS FLX Titanium系列試劑對富集的海洋水樣品進行快速、高通量的基因組DNA測序從而發現的。實際上，這項研究是試劑系列升級后發表的首篇文章。升級后的試劑能在每次運行中產生超過100萬個獨立片段讀數，讀長大于400對于獲得數據及分析結果的速度非常震驚。多年來我們一直試圖培養這

種微生物，但沒有成功，有了GS FLX Titanium單次運行所產生的數據，我們在幾天之內就通過單次測序運行，從環境樣品直接獲得了寶貴的基因組信息。”Zehr解釋“這個系統超長的讀長對于我們從復雜的微生物群體中鑒定并分析這種獨特的細菌基因組來說非常關鍵。”

 

“這項研究清楚證實了新GS FLX Titanium系列試劑所能產生的既長且高度精確的讀長的重要性和利用價值。序列讀長和結果的拼接正是Zehr小組完成此項吸引人的長期研究中所缺少的一環。”454生命科學高級技術整合部的項目負責人Jason Affourtit如此說到。他也是這項研究的合作者。

 

研究小組希望繼續他們的研究，定位新細菌在海洋中的位置，并測定它的全球豐度。他們還將關注該物種的代謝與其他已知的藍藻的區別。盡管這種細菌的培養尚未成功，新的基因組信息為探索其不同尋常的代謝機制在生物技術上的應用開辟了潛在的途徑。

 

該論文的題目是“Globally distributed Uncultivated Oceanic N2-Fixing CyanobacteriaLack Oxygenic Photosystem II”，發表在11月14日的《科學》雜志上。454生命科學是羅氏應用科學旗下卓越的中心之一，開發并商業化了創新的454測序系統，用于超高通量的DNA測序。具體的應用包括基因組的從頭測序和重測序、宏基因組學、RNA分析和DNA目標區域的定向測序。454測序系統的特點是樣品制備簡單且無

偏向性，讀長包括配對末端讀長超長且準確度高。454測序系統的技術已經催生了各個研究領域的幾百項經同行評議的研究，例如癌癥和傳染病研究、藥物篩選、海洋生物學、人類學、古生物學等多個方面。