科学家发现 CRISPR-Cas 系统的潜在新功能

科学家发现CRISPR-Cas系统的潜在新功能研究小组最近在《自然-微生物学》（NatureMicrobiology）杂志上发表了他们的研究成果。亚历山大-普罗斯特博士图片来源：UDE/BettinaEngel-Albustin2020年，生物化学家埃马纽埃尔-夏彭蒂耶（EmmanuelleCharpentier）和詹妮弗-杜德娜（JenniferDoudna）因将CRISPR-Cas系统（或称"基因剪刀"）应用于基因工程的生物技术而获得诺贝尔奖。然而，这种基因工具的许多功能至今仍未被探索。例如，微生物能否利用它们来对抗寄生在它们身上的其他微生物？带着这个研究问题，亚历山大-普罗普斯特分析了地壳深处微生物的遗传物质。地球上70%以上的微生物都生活在深层生物圈中。如果我们想了解地球上的多样性，就值得深入研究，他解释道。这位微生物学家和他的团队一起分析了美国一个间歇泉从深海吐到地面的水，以及日本堀之部地下实验室的样本。研究小组重点研究了古细菌，它们作为宿主和寄生虫生活在生态系统中。这种微小的微生物在细胞大小上与细菌极为相似，但生理特性却大相径庭。他们的基因组分析结果提供了新的见解：宿主附近的寄生虫明显很少，而且宿主对寄生虫表现出遗传抗性。研究人员从微生物基因组中的基因剪刀中发现了其中的原因。"在进化过程中，古细菌吸收了寄生虫的DNA。如果带有相同DNA的寄生虫现在攻击生物体，外来遗传物质可能会被CRISPR系统识别并分解，"普罗普斯特解释道。这位微生物学家是分析环境样本中遗传物质的专家，他的实验室采用了最新的方法，如牛津纳米孔技术，该技术可以对遗传物质进行快速、全面的测序。为了排除他们只是遇到个别情况的可能性，研究人员将分析范围扩大到7000多个基因组，并观察到这种现象非常频繁。在未来的研究中，这一发现还将有助于区分有益的共生体和有害的寄生虫。如果存在CRISPR识别，那么该微生物就很有可能是寄生虫。这或许还将有助于今后更好地理解重要的新陈代谢过程，如生态系统中的碳流。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1374597.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1374597.htm

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：VictorO.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（GiannaMarschmann）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EoinBrodie和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的JenniferPett-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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420579.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420579.htm

斯坦福大学科学家构建了首个合成人类微生物组模型

斯坦福大学科学家构建了首个合成人类微生物组模型斯坦福大学的一个研究小组构建了第一个合成微生物组模型，该模型完全从零开始构建--包括100多个不同的细菌物种。研究人员们希望这一成就将彻底改变肠道微生物组的研究，进而能提供一个可用于未来实验的一致工作模型。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1315083.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1315083.htm

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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419165.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1419165.htm

科学家利用废矿作为实验室 绘制广阔的地表下微生物世界地图

科学家利用废矿作为实验室绘制广阔的地表下微生物世界地图MagdalenaOsburn教授在八月份的一次现场考察中取出一个样本。图片来源：桑福德地下研究设施研究人员总共描述了近600个微生物基因组的特征，其中一些是科学界的新发现。在这批微生物中，领导这项研究的西北大学地球科学家马格达莱纳-奥斯本（MagdalenaOsburn）说，大多数微生物可分为两类：它们是"极简主义者"和"极致主义者"。"极简主义者"简化了它们的生活，每天都吃同样的东西；而"极致主义者"则随时准备贪婪地攫取任何可能出现的资源。这项研究最近发表在《环境微生物学》杂志上。桑福德地下研究设施的前金矿外景。资料来源：桑福德地下研究设施这项新研究不仅扩展了我们对生活在地下深处的微生物的了解，还暗示了我们有一天可能在火星上发现的潜在生命。由于微生物依靠岩石和水内的资源生存，而这些资源与地表是物理分离的，因此这些生物也有可能在火星尘土飞扬的红色深处生存。西北大学温伯格艺术与科学学院地球与行星科学副教授奥斯本说："地表下的深层生物圈是巨大的；这是一个广阔的空间。我们利用矿井作为进入生物圈的通道，无论如何接近生物圈都很困难。这项研究的强大之处在于，我们最终获得了大量基因组，其中许多来自研究不足的群体。通过这些DNA，我们可以了解哪些生物生活在地下，并了解它们可能在做什么。这些生物通常无法在实验室中生长，也无法在更传统的环境中进行研究。它们通常被称为'微生物暗物质'，因为我们对它们知之甚少。"进入地壳的入口在过去的10年中，奥斯本和她的学生们定期前往位于南达科他州利德市的前霍姆斯泰克矿山（HomestakeMine），收集地球化学和微生物样本。现在，这个地下深处的实验室被称为桑福德地下研究设施（SURF），主持了一系列跨学科的研究实验。2015年，奥斯本在整个SURF建立了六个实验点，统称为"深矿微生物观测站"。"矿井现在是一个专门用于地下科学的设施，"奥斯本说。"研究人员主要进行高能粒子物理实验。但他们也让我们研究生活在岩石中的深层生物圈。我们可以在一个受控的专用场所进行实验，并在几个月后对其进行检查，这在活跃的矿井中是做不到的。"通过在矿井内的岩石上钻孔，奥斯本和她的团队可以捕捉到由水和溶解气体组成的断裂流体。其中一些流体的历史可长达1万年，其中蕴藏着大量微生物生命，而这些微生物生命在其他情况下都是与世隔绝、被忽视的。在这项新研究中，奥斯本和她的团队收集了8份流体样本，这些样本采集于整个矿井的不同位置，深度从地表一直到约1.5千米深处。这些样本提供了一个窗口，让人们了解微生物生命随深度变化的梯度。"极简主义者"和"极致主义者"回到奥斯本在西北大学的实验室后，她和她的团队对样本中的微生物DNA进行了测序。在近600个基因组中，微生物代表了50个不同的门和18个候选门。在这个多样化的微生物群落中，奥斯本发现，在某些时候，每个品系都会趋向于一种决定生命的轨迹：成为极简主义者或极致主义者。奥斯本说："我们发现，许多微生物要么是极简主义者：超流线型，只有一项工作做得非常好，与合作者紧密团结；要么就是什么都能做一点。这些"极致主义者"随时准备好利用出现的每一种资源。如果有机会制造一些能量或转化生物分子，它就会做好准备。通过观察它的基因组，我们可以知道它有很多选择。如果营养物质匮乏，它可以自己制造。"玛格达莱纳-奥斯本教授收集由水和溶解气体组成的断裂流体。图片来源：桑福德地下研究设施奥斯本解释说，极简主义者通常与朋友共享资源，这些朋友也有专门的工作："其中一些菌系甚至没有制造自身脂质的基因，这让我大吃一惊。没有脂质怎么能制造细胞呢？这就有点像人类无法制造每一种氨基酸，所以我们吃蛋白质来获得我们自己无法制造的氨基酸。但这是更极端的情况。极简主义者是极端的专家，他们齐心协力，使其发挥作用。这是一种共享，没有重复劳动"。对地球和地球以外的启示奥斯本说，当我们想象地球以外的生命时，这些地下微生物可能会为其他地方可能存在的生命提供线索。她说："当我看到微生物生命的证据时，我真的很兴奋，它们在没有我们、没有植物、没有氧气、没有地表大气的情况下做着自己的事情。这些生命很可能就存在于火星深处或冰冷卫星的海洋中。这些生命形式告诉我们太阳系其他地方可能存在什么。而且，它们对我们自己的星球也有影响。例如，随着工业界寻找长期碳储存的地点，许多公司正在探索将二氧化碳注入地下深处的可能性。"在我们探索这些方案时，奥斯本提醒我们不要忘记微生物。她说："我们需要认识到深层地下的生命，以及人类活动（如采矿和碳储存）可能对其产生的影响。如果我们将二氧化碳封存在地下，就会有微生物将其代谢为甲烷。地下有一个生物圈，根据对它的扰动，有可能对地表产生影响"。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401433.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401433.htm

哈佛大学的科学家对感染深海微生物的病毒有了新的认识

哈佛大学的科学家对感染深海微生物的病毒有了新的认识在地球上，病毒是最丰富和多样的生命形式，栖息在每个环境中。例如，在海洋中，病毒甚至比微生物更多，其数量是微生物的十倍。病毒通过感染生物体进行复制，范围从人类和动物到昆虫甚至微生物。尽管感染微生物的环境病毒的存在并不是一个新的发现，但它们的流行程度以前是未知的。研究人员刚刚开始理解病毒的丰富多样性以及它们对生态系统的影响和它们在生态系统中的功能。PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354289.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354289.htm