基于基因组信息指导的古菌培养新策略  

New approaches for archaeal genome-guided cultivation

作　　者：王寅炤 Yoichi KAMAGATA 李猛 韩菲菲 王风平[1,5] 肖湘[1,6] Wang Y;Yoichi KAMAGATA;Li M;Han F;Wang F;Xiao X

机构地区：[1]上海交通大学生命科学技术学院,微生物代谢国家重点实验室,上海200240 [2]Bioproduction Research Institute,National Institute of Advanced Industrial Science and Technology(AIST),Tsukuba 310-8555,Japan [3]深圳大学高等研究院,深圳市海洋微生物组工程重点实验室,广东518052 [4]Department of Surgery,Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School,Boston MA 02114,USA [5]上海交通大学海洋学院,上海200240 [6]上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,海洋工程国家重点实验室,上海200240

出　　处：《中国科学：地球科学》2021年第11期1837-1855,共19页Scientia Sinica(Terrae)

基　　金：国家重点研发项目(批准号:2016YFA0601102);中国大洋矿产开发协会(编号:DY135-B2-12);COMRA项目(编号:DY135-B2-12);国家自然科学基金项目(批准号:41525011、41921006、41902313、91751205、92051116);上海市自然科学基金项目(编号:20ZR1428000);上海交通大学交叉学科项目(编号:20CX-01);日本学术振兴会(KAKENHI Grant No.18H05295);中国科学院“科学”号高端用户项目(编号:KEXUE2019GZ06);深部生命国际研究中心(IC-DLI)资助。

摘　　要：古菌、细菌及真核生物共同组成了地球上的三域生命体系.其中古菌域不仅包含了现今地球上最古老的生命类群,如产甲烷古菌;同时,阿斯加德(Asgard)古菌超门还被认为是真核生物的共同祖先.近些年来,随着地球科学和生命科学交叉研究日益加深,科学家发现古菌在地球化学元素循环中也起到了显著作用.通过不依赖于纯培养的高通量测序技术分析,表明古菌具有丰富的物种多样性,现已发现超过20个全新的古菌门.然而,目前仅在其中4个古菌门中获得了纯培养菌株,对古菌生理特征、起源与演化以及生态功能的认识也受到纯培养古菌菌株稀缺的限制,无法通过实验验证环境中未培养古菌基因组所预测到的功能基因.在本综述中,简述了古菌的发现与研究进展,对比了未培养和纯培养古菌之间的差距,并呼吁将更多的努力和科研资源投入到古菌分离和纯培养工作中.文章还概述了基于大量未培养古菌基因组指导分离和纯培养的新思路和新策略,即:基因组功能预测、代谢互作网络构建、基因组水平代谢建模、机器学习预测培养条件,期望能够使用现代高通量测序技术所积累的未培养古菌基因组数据来帮助获得更多新的纯培养古菌菌株.

关 键 词：古菌 富集培养 高通量测序 未培养古菌 基因组 代谢网络 

分 类 号：Q933[生物学—微生物学]