中国科学家发现让茶叶口感更佳的秘密

中国科学家发现让茶叶口感更佳的秘密 研究表明,茶叶的品质不仅取决于茶树的品种,还取决于茶树根部的微生物,改变这些微生物群落可以提高氨基酸含量,从而显著改善茶叶品质。"通过微生物组学研究,我们在不同品质的茶树根部发现了微生物群落的显著差异,尤其是与氮代谢相关的微生物,"中国福建农林大学的许通达说。"最关键的是,通过从优质茶树根系中分离和组装合成微生物群落,我们成功地显著提高了不同茶树品种的氨基酸含量,从而改善了茶叶品质"。这张照片显示的是中国福建武夷山的茶山茶叶栽培的挑战和微生物解决方案中国拥有丰富的茶树遗传资源。但是,研究人员解释说,通过分子遗传育种方法提高茶叶品质具有挑战性。人们有兴趣寻找其他方法来改造和提高茶叶品质,或许包括使用微生物制剂。早先的研究表明,生活在植物根部的土壤微生物会影响植物吸收和利用养分的方式。在新的研究中,研究人员希望进一步了解根部微生物对茶叶品质的具体影响。他们发现,茶叶根部的微生物会影响其对氨的吸收,进而影响茶氨酸的产生,而茶氨酸是决定茶叶口感的关键。他们还发现,不同茶叶中定植的微生物存在差异。通过比较茶氨酸含量不同的茶叶品种,他们确定了一组微生物,这些微生物有望改变氮代谢,提高茶氨酸的含量。接下来,他们构建了一个被称为"SynCom"的合成微生物群落,该群落与一种名为"Rougui"的高丙氨酸茶叶品种的微生物群落非常相似。当他们将 SynCom 应用于茶叶根部时,发现它提高了茶氨酸的水平。这种微生物还能让拟南芥这种常用于基础生物学研究的植物更好地耐受低氮条件。对农业的广泛影响该研究的合著者唐文新说:"人们最初对从优质茶树根部提取的合成微生物群落的期望是提高劣质茶树的品质。然而,我们惊讶地发现,合成微生物群落不仅能提高低品质茶树的品质,还能对某些高品质茶叶品种产生显著的促进作用。而且,这种效果在低氮土壤条件下尤为明显"。这张照片显示的是中国福建武夷山的茶山研究结果表明,合成微生物群落可以改善茶叶的品质,尤其是在缺氮的土壤条件下生长的茶叶。由于茶树需要大量的氮,这一发现有助于减少化肥的使用,同时提高茶树的品质。这些发现可能会对更广泛的农作物产生重要影响。"根据我们目前的实验结果,加入 SynCom21 微生物群落不仅改善了不同茶叶品种对铵态氮的吸收,还增强了拟南芥对铵态氮的吸收,"许说。"这表明,SynCom21的铵态氮吸收促进功能可能适用于各种植物,包括其他作物。"例如,它可以培育出品质更好的水稻,包括蛋白质含量更高的水稻。他们现在计划进一步优化 SynCom,并评估其在田间试验中的应用。他们还希望进一步了解根部微生物如何影响茶树的其他次生代谢物。编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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研究人员在30多亿年前的生态系统中发现了复杂的微生物群落

研究人员在30多亿年前的生态系统中发现了复杂的微生物群落 微生物被认为是地球上最早的生命形式,其证据蕴藏在 35 亿年前的岩石中。这些岩石中含有这些远古生物留下的地球化学和形态标记,如特定的化合物和结构。然而,生命起源于地球的时间和地点,以及这些早期微生物群落中物种多样性的形成时间,至今仍不清楚。证据很少,而且常常存在争议。 PC版: 手机版:

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科学家在智利阿塔卡马沙漠发现前所未见的微生物地下栖息地

科学家在智利阿塔卡马沙漠发现前所未见的微生物地下栖息地 科学家利用新的 DNA 分析技术在智利阿塔卡马沙漠深处发现了多种微生物生命,为极端环境中的生物多样性提供了见解,并对地外生命研究产生了潜在影响。永盖-普拉亚,智利阿塔卡马沙漠最干旱的地区之一。资料来源:D. Wagner, GFZ这是以新开发的分子 DNA 分析方法为基础的,这种方法可以集中提取和分析细胞内 DNA。这些DNA来自活生物体或休眠生物体的完整细胞,因此可以检测到栖息在深达4.20米的极干旱土壤中的有生命力和潜在活性的微生物群落。这项发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS Nexus)上的研究,扩大了我们对干旱、盐碱和营养缺乏等极端条件下接近生命极限的地区生物多样性的了解。研究结果还对寻找其他星球上的生命有一定意义。沙漠是地球上最大、最脆弱的生态系统之一。虽然那里的条件最恶劣、最危及生命,但却孕育着微生物生命。在没有定期降雨的情况下,微生物利用矿物质和盐分等土壤成分以及大气中的气体作为能量和水分来源,成为调解养分流动的最重要生态成分。"微生物多样性和分布的研究对于充分了解微生物过程在维持沙漠生态系统生态平衡和功能性方面的核心作用至关重要,尤其是在气候变化背景下沙漠生态系统的未来发展方面。"永盖-普拉亚研究遗址:挖掘出的剖面坑和安托法加斯塔大学的实验室手推车。图片来源:L. Horstmann, GFZ智利北部 105000 平方公里的阿塔卡马沙漠被认为是世界上最干旱的炎热沙漠。因此,这里非常适合研究这种栖息地。研究人员已经对水深约一米的浅水区进行了调查。在这里,他们了解到这是一个可以抵御紫外线辐射的利基栖息地,而且这里仍有水源,微生物可以在此繁衍生息。另一方面,迄今为止只有少数研究对沙漠土壤的深层进行了分析。因此,GFZ 地球微生物学组的博士生卢卡斯-霍斯曼(Lucas Horstmann)和博士后研究员丹尼尔-利普斯(Daniel Lipus),以及该组负责人、波茨坦大学地球微生物学和地球生物学教授德克-瓦格纳(Dirk Wagner)领导的研究小组重点研究这些土壤。其他同事来自柏林工业大学和智利安托法加斯塔大学。研究人员希望测试极度干旱的阿塔卡马沙漠深层沉积物是否也能成为特殊微生物的栖息地。研究小组在安托法加斯塔东南约 60 公里处的永盖地区对土壤剖面进行了研究,分析了沿深度剖面的微生物多样性及其与土壤特性的相互作用,该深度剖面既包括台地沉积物,也包括下面的冲积扇沉积物,最深处达 4.2 米。为此,他们挖掘了一个土壤剖面,每隔 10 厘米采集一个土壤样本,深度达 3 米,然后每隔 30 厘米采集一个样本,这些样本被送往德国联邦科学研究中心的实验室进行分析。为了检测样本中的生命痕迹,科学家们使用了德克-瓦格纳(Dirk Wagner)等人在德国科学研究基金会(GFZ)开发的分子 DNA 分析新技术:使用一种特殊的提取方法,可以从样本中只过滤出细胞内 DNA,即来自完整和潜在活性细胞的 DNA。为此需要使用各种化学试剂、离心机和过滤器。瓦格纳强调说:"这种方法对极端环境中微生物多样性的研究是一个重大改进,因为它有效地排除了死细胞 DNA 产生的偏差,即使由于生物量较低而达到其他方法的检测极限时,仍能提供有效数据。"通过对样本进行细胞内 DNA 提取和随后的基因测序,研究人员能够鉴定出深度达 4.2 米的潜在微生物。在上层 80 厘米处,他们主要发现了属于固着菌门的微生物,但它们的数量随着深度的增加而减少,可溶性盐的含量也随之增加。研究人员猜测,高浓度盐分和日益缺水也可能是导致微生物在沙丘沉积物下部停止定殖的原因。在这方面,他们的研究结果与之前的研究结果是一致的。然而,霍斯特曼和瓦格纳的研究小组再次在两米以下的冲积扇沉积层中发现了一个微生物群落。该群落比地表群落更加多样化,很可能与地表完全隔离。它主要由属于放线菌门的细菌组成,放线菌门是一个具有特殊成员的群体,通常存在于干燥或原始的土壤中。古剖面上部。资料来源:D. Wagner, GFZ这些微生物的存在可能与水泡石膏的存在有关,水泡石膏可溶解成无水石膏,从而提供另一种水源。本研究中观察到的生物属于可利用氢气等痕量气体作为能量来源,利用二氧化碳作为碳源进行生长的物种。第一作者卢卡斯-霍尔曼(Lucas Hormann)说:"这种类型的新陈代谢被称为化学溶解自养,其他研究表明,它对有机物作为碳源极其有限的极干旱土壤非常重要。因此,对于本研究中调查的孤立的地下壁龛来说,它也可能是必不可少的。"总结与展望:令人惊叹的沙漠生物多样性及其对地外生命的影响霍斯特曼总结道:"这个地下群落在两米深以下的冲积扇沉积物中茁壮成长,显示出惊人的多样性和生态稳定性,它的发现挑战了我们目前对沙漠生态系统的认识。"作者认为,该群落可能早在 1.9 万年前就已在土壤中定植,当时土壤还未被洼地沉积物掩埋,他们还假设该群落可能会继续向下延伸一段未知的距离,这代表了超干旱沙漠土壤中以前未知的深层生物圈。合著者德克-瓦格纳(Dirk Wagner)说:"鉴于旱地在地球上的广泛分布,在以前未开发的地下土壤中存在潜在的碳结合群落,不仅对沙漠中的生物多样性,而且对全球范围的元素循环都有深远影响。这表明这些生境的重要性至今仍被低估。这也强调了地表下栖息地对于未来全面了解沙漠生态系统的重要性"。研究人员强调,这项研究的结果不仅对我们的地球有影响,而且也与正在进行的关于在其他行星上寻找生命的讨论有关:"火星上存在类似于冲积扇沉积物中的石膏沉积物,这对天体生物学具有重大意义。这些地表下群落与阿塔卡马的石膏基质的联系可能会提供进一步的证据,证明火星上的石膏沉积不仅表明过去可能存在液态水,而且还可能成为目前微生物生命的宜居环境。"编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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哈佛和麻省理工学院科学家发现肠道中能破坏胆固醇的微生物

哈佛和麻省理工学院科学家发现肠道中能破坏胆固醇的微生物 研究发现,在胆固醇水平降低的人群中,有多种细菌能代谢胆固醇。肠道微生物群的变化与一系列疾病有关,如 2 型糖尿病、肥胖症和炎症性肠病。现在,麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所以及麻省总医院的一个研究小组发现,肠道中的微生物也可能影响心血管疾病。在发表于《细胞》(Cell)杂志的一项研究中,研究小组确定了在肠道中消耗胆固醇的特定细菌种类,它们可能有助于降低人体内的胆固醇和心脏病风险。拉姆尼克-泽维尔实验室、布罗德代谢组学平台的成员和合作者分析了弗拉明汉心脏研究(Framingham Heart Study)1400 多名参与者的代谢物和微生物基因组。研究小组发现,一种名为"颤螺旋菌"(oscillibacter)的细菌会吸收并代谢周围环境中的胆固醇,肠道中这种微生物含量较高的人胆固醇水平较低。他们还确定了这种细菌可能用来分解胆固醇的机制。这些结果表明,以特定方式操纵微生物组的干预措施有朝一日可能有助于降低人体内的胆固醇。这些发现还为更有针对性地研究微生物组的变化如何影响健康和疾病奠定了基础。泽维尔是布罗德研究所的核心成员、免疫学项目主任和传染病与微生物组项目联合主任。他还是哈佛医学院和麻省总医院的教授。泽维尔实验室的博士后研究员李晨皓和研究科学家马丁-斯特拉扎尔是这项研究的共同第一作者。在过去的十年中,其他研究人员发现了肠道微生物组的组成与心血管疾病因素之间的联系,如人的甘油三酯和餐后血糖水平。但科学家们还无法针对这些联系采取治疗措施,部分原因是他们对肠道内的代谢途径缺乏全面的了解。在这项新研究中,布罗德团队更全面、更详细地了解了肠道微生物对新陈代谢的影响。他们将枪式元基因组测序技术与代谢组学技术相结合,枪式元基因组测序技术能分析样本中所有微生物的DNA,代谢组学技术能测量数百种已知和数千种未知代谢物的水平。他们利用这些工具研究了弗雷明汉心脏研究的粪便样本。斯特拉扎尔说:"项目成果强调了高质量、经过整理的患者数据的重要性。这使我们能够注意到那些非常微妙且难以测量的效果,并直接对其进行跟踪。"这种方法发现了微生物与代谢特征之间的 16000 多种关联,其中有一种关联特别强烈:与缺乏相关属种细菌的人相比,体内有几种颤螺旋菌属细菌的人胆固醇水平较低。研究人员发现,该属细菌在肠道中的数量惊人,平均每 100 个细菌中就有 1 个。研究人员随后想弄清微生物分解胆固醇的生化途径。为此,他们首先需要在实验室中培养这种生物。幸运的是,实验室多年来一直在收集粪便样本中的细菌,为此他们建立了一个独特的菌种库,其中也包括颤螺旋菌。在成功培育出这种细菌后,研究小组利用质谱法确定了细菌中胆固醇代谢最可能产生的副产品。这使他们能够确定细菌降低胆固醇水平的途径。他们发现,细菌将胆固醇转化为中间产物,然后再由其他细菌分解并排出体外。接下来,研究小组利用机器学习模型确定了负责这种生化转换的候选酶,然后在实验室中的某些颤螺旋菌中检测到了这些酶和胆固醇分解产物。研究小组发现了另一种肠道细菌 - 产粪甾醇真杆菌(Eubacterium coprostanoligenes),它也有助于降低胆固醇水平。这种细菌携带一种基因,科学家们此前已经 先前已经证明参与胆固醇代谢。在新的研究中,研究小组发现,Eubacterium 可能与Oscillibacter对胆固醇水平有协同作用,这表明,研究细菌物种组合的新实验可能有助于揭示不同微生物群落如何相互作用影响人类健康。人类肠道微生物组中的绝大多数基因仍未定性,但研究小组相信,他们在确定胆固醇代谢酶方面取得的成功,为发现受肠道微生物影响的其他类似代谢途径铺平了道路,这些代谢途径可以作为治疗靶点。"有许多临床研究试图进行粪便微生物组转移研究,但对微生物之间以及微生物与肠道之间如何相互作用却不甚了解,"李说。"我们希望先退一步,专注于一种特定的微生物或基因,我们就能系统地了解肠道生态学,并提出更好的治疗策略,比如针对一种或几种微生物进行治疗。""由于肠道微生物组中存在大量功能未知的基因,我们预测代谢功能的能力还存在差距,"他补充说。"我们的工作强调了肠道微生物可能改变其他固醇代谢途径的可能性。我们可能会有很多新发现,这些发现将使我们更接近于从机理上理解微生物是如何与宿主相互作用的。"编译自:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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科学家正利用土壤微生物的DNA帮助提高气候模型的准确性

科学家正利用土壤微生物的DNA帮助提高气候模型的准确性 微生物模型利用广泛的基因组数据为土壤碳模拟提供动力。图片来源:Victor O. Leshyk 插图这个新模型使科学家们能够更好地了解某些土壤微生物如何有效地储存植物根系提供的碳,并为农业战略提供信息,以保护土壤中的碳,支持植物生长和减缓气候变化。"我们的研究证明了直接从土壤中收集微生物遗传信息的优势。在此之前,我们只掌握了实验室研究的少数微生物的信息,"论文第一作者、伯克利实验室博士后研究员吉安娜-马施曼(Gianna Marschmann)说。"有了基因组信息,我们就能建立更好的模型,预测各种植物类型、作物甚至特定栽培品种如何与土壤微生物合作,更好地捕集碳。同时,这种合作还能增强土壤健康"。最近发表在《自然-微生物学》杂志上的一篇新论文介绍了这项研究。论文的通讯作者是伯克利实验室的 Eoin Brodie 和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的 Jennifer Pett-Ridge,后者领导着"微生物持久存在"土壤微生物组科学重点领域项目,该项目由能源部科学办公室资助,以支持这项工作。看见看不见的东西 - 微生物对土壤健康和碳的影响土壤微生物帮助植物获取土壤养分,抵抗干旱、疾病和虫害。它们对碳循环的影响在气候模型中的体现尤为重要,因为它们会影响土壤中储存的碳量或在分解过程中以二氧化碳形式释放到大气中的碳量。通过利用这些碳构建自己的身体,微生物可以将碳稳定(或储存)在土壤中,并影响碳在地下的储存量和储存时间。这些功能与农业和气候的相关性正受到前所未有的关注。然而,仅一克土壤中就含有多达100 亿个微生物和数千个不同物种,绝大多数微生物从未在实验室中被研究过。直到最近,科学家们才从实验室研究的极少数微生物中获得数据,为这些模型提供依据,其中许多微生物与需要在气候模型中体现的微生物无关。Brodie解释说:"这就好比根据只生长在热带森林中的植物所提供的信息,为沙漠建立生态系统模型。"为了应对这一挑战,科学家团队直接利用基因组信息建立了一个模型,该模型能够适应任何需要研究的生态系统,从加利福尼亚的草原到北极解冻的永久冻土。该模型利用基因组深入了解土壤微生物的功能,研究小组将这种方法用于研究加利福尼亚牧场中植物与微生物组之间的相互作用。牧场在加州具有重要的经济和生态意义,占陆地面积的 40% 以上。研究重点是生活在植物根部周围的微生物(称为根圈)。这是一个重要的研究环境,因为尽管根区只占地球土壤体积的 1-2%,但据估计,根区储存了地球土壤中 30-40% 的碳,其中大部分碳是由根系在生长过程中释放出来的。为了建立这个模型,科学家们利用加州大学霍普兰研究与推广中心提供的数据,模拟了微生物在根部环境中的生长情况。不过,这种方法并不局限于特定的生态系统。由于某些遗传信息与特定的性状相对应,就像人类一样,基因组(模型所基于的)与微生物性状之间的关系可以转移到世界各地的微生物和生态系统中。研究小组开发了一种新方法来预测微生物的重要性状,这些性状会影响微生物利用植物根系提供的碳和养分的速度。研究人员利用该模型证明,随着植物的生长和碳的释放,由于根系化学和微生物性状之间的相互作用,会出现不同的微生物生长策略。特别是,他们发现,生长速度较慢的微生物在植物生长后期会受到碳释放类型的青睐,而且它们在利用碳方面的效率出奇地高这使它们能够在土壤中储存更多的这种关键元素。这一新的观测结果为改进模型中根系与微生物之间的相互作用提供了依据,并提高了预测微生物如何影响气候模型中全球碳循环变化的能力。"这些新发现对农业和土壤健康具有重要意义。通过我们正在建立的模型,我们越来越有可能利用对碳如何在土壤中循环的新认识。这反过来又为我们提供了可能性,使我们能够提出保护土壤中宝贵的碳的策略,从而在可行的范围内支持生物多样性和植物生长,以衡量其影响,"马施曼说。这项研究强调了利用基于遗传信息的建模方法来预测微生物性状的威力,有助于揭示土壤微生物组及其对环境的影响。编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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为什么圈养的大熊猫交配如此困难?科学家在它们肠道中发现原因

为什么圈养的大熊猫交配如此困难?科学家在它们肠道中发现原因 图:大熊猫盼盼,它是1990年北京亚运会的吉祥物盼盼在2016年的时候死于肿瘤,它是已知寿命最长的雄性大熊猫。不过,盼盼的“英雄事迹”可不是它的长寿,而是它超强的繁殖能力,截止今年一月份,全球圈养的大熊猫只有728只,其中有四分之一都是盼盼的后代。圈养大熊猫最大的问题就是繁殖能力低下,以至于工作人员绞尽脑汁,使尽方法,也无法让一些大熊猫留下后代。至于大熊猫繁殖能力有多差,有一些事实会让你大吃一惊。野生动物通常有一个繁殖窗口期或者叫做FQ期,它们只会在窗口期交配,对于大部分动物而言可能是一个合适的季节,但是雌性大熊猫真正的窗口期只有40个小时左右。你没有看错,雄性大熊猫一旦错过这40个小时,就要再等一年。因为大熊猫是极度适应独居的动物(不知道极短的繁殖窗口期是否和这个有关系),不能把任何两只大熊猫放在一起养,所以工作员必须时刻关注雌性大熊猫的状态,不然一不小心就错过了。你可能会说,人工受精不就好了,其实现在大部分熊猫已经都是通过人工受精来的,但熊猫的人工受精也不是容易的事。你知道熊猫生孩子的平均天数是多少吗?答案是:从受精卵着床到熊猫宝宝出生平均只有17天!熊科动物有一项特殊技能,它们可以让受精卵延迟着床,让受精卵游离在身体内并完全停止发育,直到它们认为时机成熟的时候才会让受精卵着床并启动胚胎发育(据我所知所有熊都会这项技能)。据信,大熊猫从配种受精到受精卵着床的时间从72天到324天不等,但是一旦着床,它们就会在极短时间内生产平均时间17天。正因为熊猫胚胎发育的时间极短,所以它们刚出生的幼崽非常小,非常脆弱,是所有动物中婴儿和母亲的比例最小的。在圈养条件下,因为过早出生很多熊猫宝宝是根本没法存活的。虽然雌性熊猫在生育方面已经非常不省心了,但圈养大熊猫真正的生育问题主要还不在雌性身上,而是在雄性大熊猫那里。我们前面提到过,现在许多圈养的熊猫都是人工受精的,就是因为雄性大熊猫就像失去生育能力一样,对雌性没有兴趣,甚至经常在繁殖窗口期暴打雌性以宣誓领地,即便难得对雌性产生兴趣,它们也会因为无法爬到雌性的背上而活生生错过窗口期。你可能听说过,为了让雄性大熊猫打起精神,熊猫饲养员甚至会给它们观看熊猫的“小电影”,但通常收效甚微。香港的动物园有一对大熊猫,足足花了9年时间才完成自然交配,中途还不停尝试人工受精均都失败了。关于圈养雄性大熊猫到底为什么会几乎失去生育能力,也是最让人头疼的事,因为找不到“病因”,就无法对症下药。最近由北京师范大学的科学团队发表在《生态与进化》杂志上的文章给出了一个答案圈养雄性大熊猫的产道微生物群落失衡可能是关键。肠道的微生物群落会对宿主的身体、心理产生影响,这不是什么秘密,包括人类在内的许多动物都有被观察到被肠道微生物影响的情况。所以,有理由相信熊猫的肠道微生物可能也在影响它们。在这项研究中,科学家们分析了20只雄性大熊猫的粪便样本,发现生殖能力强的大熊猫和生殖能力弱的大熊猫的微生物组存在明显差异。那些经常成功交配的雄性大熊猫,表现出更高水平的梭状芽孢杆菌,研究人员怀疑这个就是雄性生殖能力的关键因素之一。动物肠道的微生物群落与饮食高度相关,所以这很可能是饮食失衡导致的这种结果。熊猫的日常饮食几乎全部由竹叶、竹茎和竹笋组成,竹子的任何部分营养价值都很低,所以熊猫需要大量进食它们每天必须吃掉几十公斤竹子才能满足能量需求。不同的竹子部分对肠道微生物的影响是不一样的,对于熊猫肠道的梭状芽孢杆菌水平而言,多吃竹笋可以有效提升。换句话说,圈养的雄性大熊猫可能可以通过调节竹笋的饮食比例来提升它们的生殖能力。最后很多人可能觉得,大熊猫的生育问题是它们走向濒危的主要原因之一,但其实这个问题主要影响的是圈养的熊猫。野生大熊猫并不存在生育问题,在繁殖窗口期,雌性会用信息素吸引多只雄性到自己面前,并挑选自己新颖的对象,而雄性也会有很强的繁殖欲望,有被记录到它们在短短一下午就能完成数十次。其实,圈养大熊猫的生育能力下降就是一种行为退化,许多圈养动物都有相似的问题,只是它们可能退化的不是生育能力而已。如果这项研究结果属实的话,那么不仅对大熊猫的保护有帮助,还可以用相同的方法去改善其它濒危保护动物的行为退化。 ... PC版: 手机版:

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开创性的方法揭示了地球表面深处微生物群落的关键信息

开创性的方法揭示了地球表面深处微生物群落的关键信息 由比奇洛海洋科学实验室研究人员领导的科学家团队开发出一种创新方法,将生活在地球表面深处无氧环境中的单个微生物的遗传学和功能联系起来。测量这两个属性更重要的是将它们联系起来长期以来一直是微生物学的一项挑战,但对于了解微生物群落在碳循环等全球过程中的作用至关重要。比奇洛实验室单细胞基因组学中心开发的新方法使研究人员发现,在死亡谷地下近半英里处的地下含水层中,一种消耗硫酸盐的细菌不仅数量最多,而且是最活跃的生物。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上,表明这种方法可以成为测量不同生物在这些极端环境中活跃程度的有力工具。洞察微生物群落动力学"以前,我们不得不假定所有细胞都以相同的速率运行,但现在我们可以看到,微生物群落个体成员之间的活动水平存在很大差异,"研究科学家兼论文第一作者梅洛迪-林赛说。"这有助于我们了解这些微生物群落的能力,以及它们可能对全球生物地球化学循环产生的影响"。沙漠研究所团队从死亡谷的钻孔中提取样本。图片来源:杜安-莫泽,沙漠研究所最近的研究是一个更大项目的一部分,该项目将微生物的遗传密码它们能做什么的蓝图与它们在任何特定时刻实际在做什么联系起来。方法论方面的进展由美国国家科学基金会 EPSCoR 计划资助的"基因组到表型组"项目是毕格罗实验室、沙漠研究所和新罕布什尔大学之间的一项合作项目。该项目利用单细胞基因测序的最新进展,创造性地采用流式细胞仪估算细胞内呼吸等过程的速率。流式细胞仪是一种分析单个环境微生物的方法,比奇洛实验室将其从生物医学科学中改造出来,使研究人员能够快速分拣出含水层水样中的活微生物。这些微生物被一种特殊设计的化合物染色,当细胞内发生某些化学反应时,这种化合物就会在流式细胞仪的激光下发光。比奇洛实验室的实习学生通过实验得出了细胞在激光下发出荧光的程度与这些反应速度之间的关系,然后将其应用到死亡谷的样本中。测量并分离出活性细胞后,研究小组对它们各自的基因组进行了测序。研究人员还使用了元转录组学(一种确定哪些基因正在活跃表达的方法)和放射性同位素示踪剂(一种测量微生物群落活动的更传统的方法)。这样做既是为了"双重检查"他们的结果,也是为了获得更多关于这些微生物的基因能力与它们实际活动之间联系的信息。单细胞基因组学中心是世界上唯一一家为研究人员提供这种新技术的分析机构。"这项研究对我们的研究团队和南加州地质调查局来说是一个令人兴奋的机会,可以帮助我们更好地了解地下巨大而神秘的微生物生态系统,"比奇洛实验室高级研究科学家、南加州地质调查局局长兼该项目的首席研究员拉穆纳斯-斯泰潘纳斯卡斯(Ramunas Stepanauskas)说。这项新研究首次展示了这种量化单个细胞活性的方法。2022 年底,研究小组发表了关于海水中微生物的研究结果,显示一小部分微生物消耗了海洋中的大部分氧气。在这篇新论文中,研究小组扩展了这一方法,表明它可用于低生物量环境中不依赖氧气的微生物。例如,在从加利福尼亚州地下含水层提取的样本中,科学家们估计每毫升水中有数百个细胞,而一般地表水每毫升中有数百万个细胞。"我们一开始研究海洋中的有氧呼吸生物,因为它们更活跃,更容易分类,也更容易在实验室中生长,"林赛说。"但有氧呼吸只是微生物学中可能存在的一个过程,所以我们想在此基础上进一步拓展"。扩大微生物研究范围研究结果证实,Candidatus Desulforudis audaxviator 细菌(绰号"勇敢的旅行者")不仅是这一环境中数量最多的微生物,也是最活跃的微生物,它能将硫酸盐还原为能量。与之前研究中的海水样本相比,研究小组测得的总体活性率较低,但单个微生物的活性差异很大。研究小组目前正努力将他们的方法应用于测量其他厌氧反应,如硝酸盐还原,并应用于新的环境,包括缅因州沿海的沉积物。由美国国家航空航天局(NASA)资助的一个相关项目也使林赛和她的同事们能够在海洋深处的地下测试这种方法。"现在,我们正在世界各地进行这些点测量,它们确实有助于我们更好地了解微生物的活动情况,但我们需要扩大其规模。因此,我们正在考虑如何将这种方法应用到新的地方,甚至有可能应用到其他星球上,并扩大应用范围。"编译自:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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