神秘的微生物暗物质,到底还有多少是我们未知的?

微生物是地球上最为丰富多样的细胞生命形式,存在于包括海洋、热泉、沙漠等各种生境中。目前有超过99%的细菌和古菌物种尚未以纯培养方式获得,也就是说我们对于神秘的微生物世界至今也只是窥探到冰山一角。这些只能以免培养方式检测到的未培养微生物被称为微生物暗物质(Microbial Dark Matter,MDM)。对于MDM认知的匮乏,使得微生物在物种和功能多样性等方面充满了神秘色彩。深刻理解MDM研究领域存在的挑战与机遇,将对我们揭开MDM的神秘面纱、积累物种和遗传资源具有重要意义。
近日,中山大学生命科学学院李文均教授课题组在国际知名学术期刊National Science Review上发表题为“Microbial dark matter coming to light: challenges and opportunities”的观点文章。文章作者指出,从单细胞测序和宏基因组技术获得的基因组序列给MDM研究带来了曙光(图1),极大的扩展了我们对微生物物种和功能多样性的认知,加深了对生命起源的探索。
我们在“欣赏”MDM“多姿多彩”一面的同时,MDM总是能够给我们带来惊喜,让我们更好的理解我们所存在的生命世界。
本文指出目前MDM研究面临的主要三个挑战:
(1) MDM没有统一的命名规则,使得科研圈交流混乱;
(2)很难仅从基因组信息中对MDM进行全面的功能研究;
(3)如何对MDM进行培养至今仍是十分具有挑战的任务。
作者建议:
(1)坚持对各个生境以包括宏基因组、宏转录等多组学的方式进行MDM研究,将有助于拓展我们对微生物物种和功能多样性的认知;
(2)原位实验结合组学分析,以及采用包括FISH、NanoSIMS、Raman和异源表达等技术对MDM功能进行探索;
(3)结合多组学和功能网络信息等指导富集培养策略。
同时,作者指出MDM研究需要多学科、多维度的交叉合作,因此构建MDM研究中心将有助于解决目前所面临的挑战。
我们对MDM的研究工作就像是打开一个个充满惊喜的“魔术盒”,总会得到意想不到且令人兴奋的结果。但对于科研工作者而言,“魔术盒”所展现的奇妙事物并不是MDM研究的最终答案,而是进一步探究其生态与进化机制研究的开始。

神秘的微生物暗物质,到底还有多少是我们未知的?

图1. MDM的基本研究策略。
中山大学生命科学学院焦建宇博士为本文第一作者,李文均教授为通讯作者。中山大学周恩民博士(现为云南大学助理研究员)、花正双博士(现为中国科学技术大学研究员)、房保柱博士(现为中科院新疆生态与地理研究所副研究员)、Salam Nimaichand博士、刘兰博士,以及内华达大学拉斯维加斯分校Brian P. Hedlund教授为本文的共同作者。中山大学为该成果的第一完成单位。该研究工作得到国家自然科学基金(91951205、31972856、31850410475和31670009),广东省自然科学基金(2016A030312003)等项目的资助。
原文链接:https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa280/6027462
来源:中山大学生命科学学院

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