据《自然》杂志网站北京时间7月15日报道，天文学家们认为，宇宙总物质量的23%由弥漫于其间且肉眼看不见的“暗物质”组成；现在，美国科学家进行了微生物“暗物质”研究，他们用单细胞DNA测序技术对多种微生物的基因组进行测序后发现，微生物远比我们所知道的要丰富多样，研究同时揭示了不同物种间令人惊奇的关联。
Phylogenetic anchoring（图片来自Nature）
单细胞测序技术使科学家们能通过将单细胞的DNA增大10亿倍来破译其基因组，为研究微生物“暗物质”打开了大门，也有助于厘清微生物之间以及它们与其他物种之间的关联。美国能源部下属联合基因组研究所的谭佳·沃克领导的研究团队选择了201种微生物和古生细菌的细胞，并阅读了其部分基因组（从10%到90%不等，取决于不同细胞）。这些微生物来源于9种不同的生存环境，包括海底热水流火山口以及地下金矿等，没有一种曾被测序或在实验室内培养过。
研究表明，不同生命之间的很多边界并不像以前所认为的那样固若金汤。例如，一种微生物系使用以前被认为仅仅在古生细菌中存在的酶合成出了DNA和RNA的基础组成部分——嘌呤碱基。研究还显示，有3个古生细菌细胞内存在主要作用是启动RNA转录（是蛋白质生物合成的第一步）的西格玛因子，而以前，科学家们认为这些西格玛因子仅出现在细菌体内。
此外，研究人员也发现，有一种细菌“记录”了终止密码子UGA的三字母系列。在几乎所有其他微生物体内，这一核苷酸系列会朝细胞发送信号，让其停止将RNA翻译成蛋白质；但在这一微生物体内，它则告诉细胞制造氨基甘胺酸。科学家们也在另一种细菌内发现了同样的“记录”活动。这表明，生命的密码可能比科学家们认为的要更加灵活多样。
沃克说：“我们只是对小部分细菌进行了测序，就有这么多新奇的发现，这表明，细菌的生物多样性远远超过我们的所知。大约需要对1.6万个细胞进行测序，才能涵盖全球未被研究微生物系的一半。”
克雷格·文特尔研究所的杰弗里·麦克林表示：“最新研究彰显了单细胞基因组学的强大力量，但也表明，我们需要更加努力，才能填补地球上微生物多样性的知识鸿沟。”
总编辑圈点
微生物“暗物质”的本意，就是指过去从未在实验室中进行过培养或是测序的微生物。其实在很多环境中，绝大多数微生物都不能用传统方法来培养——我们传统的微生物学，研究的不过是微生物浩瀚世界的冰山一角而已。但科学家们已然可利用单细胞测序，让来自单个细胞的DNA陡增十亿倍，再破译它的基因组，进而为研究这些微生物界的“暗物质”辟出道路。本文中的成果也正是基于此方法得出的。（生物谷 Bioon.com）
生物谷推荐的英文摘要
Nature doi:10.1038/nature12352
Insights into the phylogeny and coding potential of microbial dark matter
Christian Rinke, Patrick Schwientek, Alexander Sczyrba, Natalia N. Ivanova, Iain J. Anderson, Jan-Fang Cheng, Aaron Darling, Stephanie Malfatti, Brandon K. Swan, Esther A. Gies, Jeremy A. Dodsworth, Brian P. Hedlund, George Tsiamis, Stefan M. Sievert, Wen-Tso Liu, Jonathan A. Eisen, Steven J. Hallam, Nikos C. Kyrpides, Ramunas Stepanauskas, Edward M. Rubin, Philip Hugenholtz & Tanja Woyke
Genome sequencing enhances our understanding of the biological world by providing blueprints for the evolutionary and functional diversity that shapes the biosphere. However, microbial genomes that are currently available are of limited phylogenetic breadth, owing to our historical inability to cultivate most microorganisms in the laboratory. We apply single-cell genomics to target and sequence 201 uncultivated archaeal and bacterial cells from nine diverse habitats belonging to 29 major mostly uncharted branches of the tree of life, so-called ‘microbial dark matter’. With this additional genomic information, we are able to resolve many intra- and inter-phylum-level relationships and to propose two new superphyla. We uncover unexpected metabolic features that extend our understanding of biology and challenge established boundaries between the three domains of life. These include a novel amino acid use for the opal stop codon, an archaeal-type purine synthesis in Bacteria and complete sigma factors in Archaea similar to those in Bacteria. The single-cell genomes also served to phylogenetically anchor up to 20% of metagenomic reads in some habitats, facilitating organism-level interpretation of ecosystem function. This study greatly expands the genomic representation of the tree of life and provides a systematic step towards a better understanding of biological evolution on our planet.
