時間：2018-02-07    來源：CICC菌種平臺

       熟悉分類學(xué)的小伙伴都知道，在描述微生物新物種時，形態(tài)學(xué)、生理生化、化學(xué)、分子生物學(xué)等特征是標(biāo)配指標(biāo)，不過這一配置即將升級。近日，微生物系統(tǒng)分類的國際權(quán)威期刊《International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology》在其官網(wǎng)發(fā)布新聞“Genome sequencing data required with Taxonomic Descriptions”，國際系統(tǒng)與進(jìn)化微生物學(xué)雜志(IJSEM)即將要求作者提供基因組測序數(shù)據(jù)，并在分類學(xué)描述中提供新的分類單元的描述。基因組序列對原核生物的系統(tǒng)學(xué)研究具有重要價值，除了提高對微生物生物學(xué)的一般認(rèn)識外，它們還提高了原核生物的鑒定、有助于分類單元的鑒定和高等分類單元系統(tǒng)發(fā)育的解析。雖然公布基因組測序數(shù)據(jù)并非強(qiáng)制性的，但強(qiáng)烈建議列入這一基因組測序數(shù)據(jù)。如果作者因任何原因無法提供基因組測序數(shù)據(jù)，則應(yīng)在其附信中說明這一點(diǎn)；處理編輯將逐案審議考慮豁免。這項要求將從2018年1月起生效，IJSEM要求作者將數(shù)據(jù)存放在一個不需要查看者注冊的已建立的、免費(fèi)的公共數(shù)據(jù)庫中(即GenBank、ENA或DDBJ)。

       IJSEM的這項申明意味著全基因組序列已成為微生物新種發(fā)表的標(biāo)配。發(fā)新種和不發(fā)新種的小伙伴們都看過來了，今天我們將要來說說“全基因組序列”的來頭。

       1.什么是全基因組序列

       全基因組序列(Whole GenomeSequence, WGS)是細(xì)胞內(nèi)以核苷酸序列形式存儲的所有遺傳信息，體現(xiàn)為代表四種堿基的ATCG四個字母所組成的一串字符。WGS能夠最大程度提供關(guān)于微生物分類地位的遺傳信息，在實際操作中，其所兼容覆蓋的GC含量測定、DNA-DNA雜交等相對繁瑣操作有望因此略去；同時WGS代表微生物個體中DNA遺傳物質(zhì)的總和，這有利于后續(xù)對菌株在基因組水平上的深層次遺傳挖掘。小編私以為這是IJSEM期刊將WGS納入新種發(fā)表必備指標(biāo)的主要原因。

圖1. 流感嗜血桿菌 Haemophilus influenzae Rd，1.83 Mb，1995年首個測序完成的細(xì)菌(Fleischmann et al., 1995)

       2.如何獲得全基因組序列

       目前，測序技術(shù)的發(fā)展使我們獲得一個微生物的WGS已如“把大象裝冰箱”一般簡單：第一步，提取微生物的基因組；第二步，對基因組中的堿基進(jìn)行讀??；第三步，數(shù)據(jù)質(zhì)控和拼接完成基因組。后兩步目前常規(guī)的生物測序公司都可提供。其中核心的第二步需要借助測序儀完成。以Illumina為代表的第二代高通量測序技術(shù)是當(dāng)前測序市場的主流，國內(nèi)華大基因也相繼推出了其自主研發(fā)的測序儀，例如BGISEQ-500等。相較于一代Sanger測序技術(shù)，二代高通量測序技術(shù)數(shù)據(jù)量更大、成本更低。不斷推陳出新的測序技術(shù)和測序平臺使得當(dāng)前完成一株菌的全基因組測序成本大大下降，這也為IJSEM期刊要求新種發(fā)表時必備全基因組序列提供了實際可行性。

       3.全基因組序列在微生物分類和溯源中的作用

       如前面提到的，WGS能提供菌株分類最豐富的遺傳信息，在微生物菌種水平鑒定中具有最大分辨率力，許多利用16S rRNA序列“金標(biāo)準(zhǔn)”無法鑒定其物種的菌株可基于全基因組序列進(jìn)一步鑒定到種。對于同種內(nèi)不同菌株的分型，尤其是污染菌的溯源分析具有較高技術(shù)難度，脈沖場凝膠電泳(PFGE)和核糖體分型(Ribotyping)等是美國藥典USP和中國藥典2015版推薦的分型方法，但在面臨相似性非常高的菌株時同樣可能會束手無策。全基因組數(shù)據(jù)能夠更全面遺傳信息基礎(chǔ)上對菌株進(jìn)行有效區(qū)分，且現(xiàn)已成為FDA、美國CDC、EFSA等組織監(jiān)控病源菌疾病暴發(fā)的常規(guī)技術(shù)方法。

圖2. 2014年美國暴發(fā)焦糖蘋果-李斯特菌污染事件，基于全基因組序列的SNP分型方法能夠提供

高于PFGE的分辨率，準(zhǔn)確病原菌分支(Carleton et al, 2016)

       由于蘊(yùn)含了整個菌株全部的遺傳信息，全基因組數(shù)據(jù)還能夠用于毒力基因、耐藥基因以及外源基因等靶向定位檢測，次級代謝、功能基因預(yù)測與分析；由純菌株的全基因組可擴(kuò)展至環(huán)境樣品的基因組，即宏基因，能夠為復(fù)雜環(huán)境樣品中的微生物組成、代謝、功能、差異表達(dá)基因進(jìn)行全方位綜合分析，解析微生物在環(huán)境中組成與動態(tài)功能性相互作用。

       值得一提的是，全基因組的數(shù)據(jù)可提交到NCBI等公開數(shù)據(jù)庫保存，不同實驗室可免費(fèi)下載分析，真正實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的共享。

       近期，CICC參加了由WDCM和中國科學(xué)院微生物研究所牽頭聯(lián)合十余家國際菌種保藏中心的全球微生物模式菌株基因組和微生物組測序合作計劃，將陸續(xù)補(bǔ)充整理新種發(fā)表微生物模式菌株基因組數(shù)據(jù)，5年內(nèi)完成超過1萬種微生物模式菌株微生物全基因組測序，期待您的支持與參與。