解体微生物混乱

堪萨斯草原似乎是非常美丽和简单的照片,起伏的田地的玉米和小麦一直延伸到眼睛可以看到。

但在地下,土壤见证生命的不可思议的多样性和混乱在即使是最小的块。只是一个堪萨斯一茶匙的量土壤包含成千上万的微生物物种。

现在太平洋西北国家实验室的科学家已经解开了堪萨斯城混乱的微生物比科学家们为一个样本做过充分的土壤。

在迄今为止最深入的是土壤metagenome——所有遗传物质从土壤样品中恢复过来——球队重建的部分129种微生物的基因组。虽然只有一小部分估计100000个物种的样本,这是一个飞跃的科学家只有一小部分的成功。

结果包括第一重建一个完整基因组的细菌从一个复杂的土壤样本。其他组织重建完整的微生物基因组的不那么复杂的环境中,包括矿山、微生物垫,和人类微生物组。

结果最近发表在mSystems,美国微生物学会的出版物。

土壤微生物:关键的气候,环境

土壤中微生物在很大程度上决定如何地球储存碳,碳被释放到环境中,何时、如何如何植物吸收养分和作物。虽然很多人都熟悉微生物生活在我们的社区,和我们一起,在我们——人类微生物-土壤微生物不太知名,但我们的星球的命运的关键。更多的知识关于微生物帮助科学家理解气候变化和塑造我们的地球的健康。

虽然科学家已经取得了长足进步解决哪些物种存在于复杂的土壤样本,这些物种如何相互作用仍然是一个非常严峻的问题。

“我们试图解决广泛的问题。微生物群落的各种微生物在干什么?哪些物种非常活跃,哪些看起来休眠吗?他们如何结合在一起的?”微生物学家珍妮特•简颂相应的作者。

“今天我们能够编译巨大的微生物群落数据很快,但很难把信息放在一起来创建一个连贯的图片,”她补充道。bet188真人

简颂转向博士后副教授理查德·艾伦怀特三世,论文的第一作者,承担起基因组的挑战。

挖出的泥土堪萨斯大草原上

团队开始从无教养的样本数据中,本地堪萨斯草原收集Konza草原生物站在堪萨斯州东北部。科学家们之前编译的遗传数据通过大草原土壤Metagenome挑战赛倡议联合基因组研究所,美国能源部科学办公室的用户设备。

从大平原堪萨斯土壤,土壤具有较高的碳含量比其他土壤。科学家像简颂探索土壤中会发生什么气候变化。例如,可能会有更大的温室气体释放到大气中更快如果微生物碳转化为二氧化碳。

样品在审查包括超过2500亿个碱基对的基因数据,主要的微生物,等待一个科学团队的肆无忌惮,试图弄清楚其中的含义。简颂的团队的挑战,解开一个信息量约等于所有数据流到200年手机在一个月内。

遗传物质没有来巧妙地包装。它已经被分裂,扭曲、压碎和暴露于各种各样的不尊重。

“想象在数百种不同的语言编写的一本厚厚的书,这本书砍成碎片的大小粒大米,然后再重新组装,”怀特说。“这不是与我们所面临的挑战,当我们试图理解的甚至少量的土壤。”

简颂认为分解土壤中微生物特别具有挑战性,因为有一个巨大的多样性。科学家估计50到100倍的微生物物种栖息在一个典型的土样比人类的肠道。同时,大多数微生物生长土壤从来没有实验室,在那里,他们可能会被彻底研究。

针织土壤DNA一起

科学家们使用多种技术来准确字符串DNA编织在一起。通常是复杂的组合化学的技术方法和软件算法设计的遗传物质。一个团队成功的关键是在太平洋西北国家实验室和EMSL使用强大的超级计算机,环境分子科学实验室。EMSL是美国能源部科学办公室用户设备的用电校园。

做研究,最初白色用测序技术在实验室开发的前顾问,斯蒂芬·斯坦福大学的地震。科学家们用基因组分析工具将DNA分解成更小的部分,然后那些和组装成长块序列。

当团队技术与其他方法相结合,他们最终以10000的DNA片段,每超过10千碱基配对-超过10000双的生物化合物组成DNA。其他尝试破解土壤metagenome产生更低的数字,例如,9的DNA片段的长度小于一千的团队。

“土壤是地球上最复杂和多样的生态系统。这是一个复杂的三维基质;其他没有什么很喜欢这样,”怀特说。

“我们时我们一起把一些长句子的一个非常大的书,”他补充道。“我们从几句话或部分的单词有几个句子。但我们有很长的路要走。我们在小步的识别是谁,他们在做什么。”