单细胞测序揭示Bodo属原生生物隐藏多样性

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厄勒姆研究所(Earlham Institute)与牛津大学生物系的研究人员在一项合作研究中报告称,他们识别出三条此前未被发现的Bodo属原生生物谱系,并发现每条谱系均携带其各自独特的细菌内共生体。

相关论文题为《单细胞测序揭示Bodo属鞭毛虫及其细菌内共生体的意外遗传多样性》,已发表于《微生物基因组学》(Microbial Genomics)。

Bodo属为异养型原生生物,常见于淡水、半咸水及土壤环境。研究团队指出,Bodo被认为是最接近自由生活的锥虫属(Trypanosoma)亲缘类群之一;锥虫属为寄生性原生生物,可引发包括非洲人类锥虫病(昏睡病)在内的重大人类疾病。

研究人员表示,过去对Bodo的基因组层面研究主要局限于单一物种Bodo saltans。本次研究从淡水样本中分离单细胞,完成测序与组装,获得7个未培养的Bodo属单细胞基因组。比较分析显示,其中存在三种可能的新物种,与B. saltans相比呈现显著分化。与此同时,研究还发现,每个新物种均携带其独特的Holosporales细菌种类,提示宿主与细菌内共生体之间存在更为复杂的关联。

该研究是“达尔文生命树”(Darwin Tree of Life)项目的一部分,并贡献于厄勒姆研究所的“解码生物多样性”(Decoding Biodiversity)计划。研究团队称,该计划正开发面向环境样本中原生生物的稳健单细胞测序流程。

研究人员指出,原生生物类群丰富,但测序与分析难度较高;与此同时,这一类群在生物技术应用、应对气候变化与生物多样性挑战以及回答进化相关基础问题方面具有潜在价值。

研究团队表示,既往对微生物真核生物的分类研究多依赖培养细胞或环境混合样本,但这些方法难以区分近缘物种,也往往忽略其携带的细菌共生体,从而可能低估微观生态系统的复杂性。

厄勒姆研究所微生物基因组学组原生生物学家Sally Warring博士在声明中表示,实验室可培养的多样性仅占野外的一小部分,且目前对多数相关生物的基因组信息仍有限;单细胞方法正在改变这一局面,使研究人员得以更深入认识微生物真核生物的多样性。她同时称,对隐藏生物多样性的更清晰认识有助于科研界制定生物多样性与保护策略,并加深对物种进化的基础理解。

研究团队称,这些结果得益于“国家生物科学研究基础设施转型基因组学项目”的支持,研究人员利用最新技术并对既有流程进行调整,以实现对环境样本中单细胞的测序。

厄勒姆研究所技术基因组学组高级研究助理Jim Lipscombe表示,研究团队仅凭少数个体、借助单细胞技术,便获得了关于共生关系、分类多样性以及遗传密码变异的线索;他同时指出,随着光谱细胞分选等新兴技术发展,未来有望在单个细胞层面同时获取视觉数据与组学数据,并结合自动化等工具加速相关分析。

厄勒姆研究所方面表示,其原生生物研究旨在揭示原生生物生物学的复杂性,进一步呈现不同物种如何进化、相互作用及其与环境的关系。研究团队称,本项工作建立在微生物基因组学组及现任都柏林大学学院的Jamie McGowan博士此前研究基础之上,后者曾揭示变形虫中隐藏的细菌威胁。

研究人员还表示,Sally Warring及其团队计划将该单细胞方法纳入研究所更广泛的土壤研究,进一步探索原生生物与土壤细菌之间的共生关系。


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