据Nature报道，美国的一个科研团队利用单细胞测序技术，读取了201种微生物的基因组序列，发现这些微生物在进化树的不同分支间存在着更为复杂的联系，为微生物的多样性研究奠定了基础。这个最新的研究结果发表在Nature杂志上。

传统的全基因组测序使用的测序材料都是数百万甚至更多细胞的混合DNA样本。这种方法能够得到全基因组序列信息，但是对其进行研究得到的结果只代表其中占优势数量的细胞信息，单个细胞独有的特性被忽视；有些样品稀少无法在实验室培养，样品量不足以进行全基因组分析——这些都是全基因组测序遇到的难题。单细胞测序是“在单个细胞水平上对基因组进行测序”的技术。与传统的全基因组测序相比，单细胞测序不仅测量基因表达水平更加精确，而且还能检测到微量的基因表达子或罕见非编码RNA，其优势是全方位和多层次的。

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加利福尼亚美国能源部联合基因组研究所的Tanja Woyke是本次研究项目的负责人。在她的带领下，研究人员用单细胞测序法读取了九个多样化环境下201种细菌和古细菌细胞中的基因组序列，这些多样化的环境包括热液喷口或地下金矿等等。研究中所涉及的微生物均没有被测序或在实验室中培养过。

“这是一篇令人震惊的论文，” Colorado–Boulder大学的微生物学家Norman Pace说。“实现单细胞基因组测序，使微生物研究达到了一个全新的水平。”单细胞测序，使得科学家能够将DNA放大10亿倍，从而破译单个细胞的基因组序列，为微生物“暗物质”研究开辟了新的道路。

已经有一些生物体通过宏基因组学研究被发现，但很多微生物很难甚至无法在实验室中大量培养，因此这种方法有时无法达到预期效果。

Woyke和她的研究小组试图选择一些高度多样化的微生物并对它们的蛋白进行测序，来探索这些尚未被发现的“暗物质”。所得的序列可以用来说明不同微生物物种之间的关系。

研究工作表明，一些微生物种属的划分界限并没有传统认定得那么死板。例如，研究人员发现一个细菌家族在合成嘌呤碱基过程中所用到的酶，在此之前被认为只存在于古生菌中。与此同时，在对三个古生菌细胞测序的过程中也发现了用于RNA转录启动的一种σ因子，而此前该转录起始因子被认为只存在于细菌中。

研究人员还发现了一种细菌可以“重新编码”UGA碱基序列。UGA通常作为蛋白质的终止密码子。几乎所有生物中，该密码子的出现都意味着“翻译”的终止，但在这种微生物中，这个密码子只是用来编码甘氨酸的一种普通密码子，因此研究小组建议将它划分到一个新的细菌门里。此外，在另一种细菌中也存在类似的“重新编码”现象，这暗示“生命代码”可能比科学家们假设的更加灵活多变。

“想想我们研究的201个基因组，其中会有很多类似的新发现，这是绝对是令人震惊的事情，因为目前我们所看到的只是生物界巨大多样性的一小部分，”Woyke说。

研究人员说，他们的工作能够帮助生命树光秃秃的树枝上长出更多叶子。Woyke和她的同事们估算虽然有数以百万计的微生物物种被划分到至少60个主要门类，但是培养微生物物种的88％所能涵盖的细菌门只有4个。

他们深入而细致的工作为今后的研究提供了大量的信息，可以更好地对之前宏基因组学研究中读取的约340万个序列进行更科学的划分。但是，研究人员估计还有16000种微生物细胞需要进行测序，以涵盖世界上另一半尚未研究的微生物种类。因此这一领域的研究仍然有很长的路要走，利福尼亚州J. Craig Venter研究所的微生物学家Jeffrey McLean说。“这凸显了单细胞基因组的重要性，但我们需要尽更大的努力去弥补微生物多样性的知识的缺口，” McLean说。