我们的Badass 454测序揭示了令人敬畏的深海见解

没有错误—我无耻地偷偷了 我们的实验室’s new paper,由你真正写的。事实上,这个博客文章的标题实际上是稿件的替代名称(虽然我’d喜欢查看该标题的评论家评论)。

这些天,技术绝对是荒谬的。我的iPhone是相机,广播,GPS,PDF库,指南,跳转驱动器,在线商店,甚至让我带QR码的棋盘。荒谬的!我是如何生活的没有这个精彩的设备???你认为嫁给我的手机是否会合法?我的ipad可以成为我们的机器人后代的教父吗?呃..我的意思–*ahem*–I digress…

大多数人都不’T意识到这些日子的科学技术同样荒谬。一世 ’当然,谈论高吞吐量排序的力量。现在可以在一次运行中搅拌数百万数百万美元的DNA序列–足够的数据将物种拼凑在一起’基因组序列。我可以在实验室里度过几个小时,发出一块液体,等待几周,然后获得几个世纪的生物学家的问题答案:什么是物种?有多少种物种?对于微生物,一切都在各地吗?

最后一个问题特别是不断地养殖我们的大脑。这一切都始于1934年,当乐队贝斯·贝克出来的辉煌洞察力(可能超过啤酒)时,微观物种必须具有全球分布,因为它们的小尺寸可以轻松,广泛的分散。 [一个理论是微观的分类群被困在鸟类上’脚,可以在年度迁移期间全局分散。]如果你使用传统的分类物(形态学)来看看显微镜下的物种,这假设通常持有生物体<2mm。现在,从加州和南极洲的蠕虫都是相同的物种似乎非常疯狂,因为它们看起来也一样–it’即使为人类旅行那个距离,也难以介意一些琐小的微观生物。提示分子方法的出现:一旦我们开始从个人获得基因序列‘cosmopolitan’物种,在大多数情况下,BAAS-Becking的假设开始分解。看起来相同的东西–but live far apart–倾向于具有不同的基因序列。

这种方法有一段时间,但是,正如你可能想象的那样,在逐案的基础上看待物种非常耗时。问题是“无处不在”, not “到处都是几个事情”。所以我们需要看看微观物种的整个社区的技术–可以快速和全面地实现这一技术。让云部分和阳光流下降:454个测序为我们最近提供了金色解决方案 分子 生态 paper.

使用来自深海和浅水生态系统的样品,我们从几乎所有沉积物中存在的所有真核生物中编码核糖体(通常称为18s rRNA基因)的小亚基的基因的两种诊断区域。虽然我们的研究专注于一小组样本,但我们网站的深度和地理位置允许我们提出一些大问题。

真核生物社区多样化多样化?  漂亮的多样化。即使有120万次序列,我们的稀疏曲线也从未达到过渐近的曲线–仍未记录了可能存在海洋沉积物样本的所有物种的大声序列。

稀疏曲线显示操作分类单位(OTUS)相对于测序深度的累积。他们没有'坐下,所以我们没有'得到一切!! (Bik等人。2011)

深海的物种分布模式是什么? 那’是一个非常好的问题,我们’仍然不确定。我们的样本集非常有限,我们没有’T看一个足够的空间(例如,网站内不同的沉积物核心)或时间(社区的季节性,年度等变异)以便能够积累一个强大的图片。 [大学教师’虽然担心,这是我的待办事项列表。]在这项研究中,显而易见的是深海物种分布的复杂性。在下面的图中,您可以看到分类群的比例在样品中广泛变化,地理接近没有’似乎与类似的微生物真核群落相关。尽管在深度分开400km和1000米,太平洋地点422和528具有类似的社区组合(由多次分析支持)。太平洋地点321和422是物理上更接近(仅36km),但显示出明显不同的主要真核群体丰富。有什么驱动这些差异?我们’不太确定,但我怀疑食物投入和障碍程度。我们的大西洋深海样本被收集在西班牙海岸的峡谷生态系统(许多水下泥浆!),这些样品平均地显示与太平洋地点相比的较低的线虫丰富。

每个样本位点发现的主要分类学团体的比例(Bik等人2011)

到处都是一切吗? 不。但有些事情非常innnnteresting–潜在的国际化学–分布。虽然该子集在海洋盆地和深度梯度上存在横跨海洋盆地和深度梯度,但在数据分析的最严格参数下代表了非常小的比例(聚类运营分类单位为99%)。我们怀疑这些规定的国际大都会纳税群可能具有特定的终身历史特征,使他们能够跨越大距离分散–我的博士学位。论文工作以前建议 Enoplid Nematodes是一个如此令人敬畏的群体 四处走来(如果你知道我的意思…).

样本场所的运营分类单位(OTUS)的分布。在深海的海洋盆地中发现了更高比例的分类群,而不是在深层和浅层沉积物中发现的分类群。 (Bik等人。2011)

什么因子分离真核生物社区– depth or distance? 深度!只有无穷大的分类群似乎住在深海和浅水沉积物中。当我们将序列数据纳入进化(系统发育)树时,这些社区差异变得更加明显。使用Unifrac距离度量(追踪不同样本中存在的物种的树上的距离),我们可以在不同站点上比较整个物种组合。对于整个真核生物群落(真菌,以质询到Nematodes),深海地点 完全不同的海洋盆地,并分开10,000km, 显示出更多相似性与浅水网站更加面积地理位置。这结果完全吹了我的思想。我的意思是打击我的思绪。现在,我们有几个可能解释这些数据的想法。首先,也许在那里’在深海地点之间的年龄差距,深/浅鸿沟是一种古老的进化术语。也就是说,深海物种避风港’T T与浅水物种有很长一段时间,但深海的社区一直只是在短时间内分开–并且基因数据给我们这个签名。其次,也许模式反映了核糖体基因本身的演变。鉴于深海是冷,黑暗和食物的限制,这可能会滑下一切。突变可能需要更长时间的突变在这些物种中积聚’DNA,即使它们实际上可能已经分开数百万年,深海社区似乎与遗传水平密切相关。

主要协调分析(A和C)和千刀分析(B和D)根据系统发育树分析社区相似性。显示为OTU的数据聚集在95%(A和B)和99%(C和D)序列相似性。 (Bik等人。2011)

我们的研究使用了一个相当保守的基因(核糖体是一个非常重要的细胞机械,你可以’如果18s rRNA基因增益突变,则制作蛋白质,使核糖组无官能的损伤’必要的必要条件给我们足够的信息到单独的物种。我们’LL需要使用更多快速发展的基因继续这项工作(例如位于线粒体基因组中的那些)可以告诉我们更多信息 人口 个人。最近在进化时间发散的物种,只有几百万年前,如果没有足够的时间积累明显的突变,可能会潜在地保留18秒基因的极其相似的副本。

高通量社区分析是一个非常新的领域–有很多需要完整的技巧,我们有很多问题必须在实地工作(我们如何收集样本),实验室工作(我们如何从这些样本中提取DNA)和计算机工作(算法和计算)我们使用的管道在我们的追求中处理数百万DNA序列“do biology”)。数字和数据最终代表了空间和时间的快照–一个严重的巨型快照。

参考:

Bik,H.M.,W. Sung,P. de Ley,J.G.Baldwin,J. Sharma,A. Rocha-Olivares和W. K. Thomas(2011年)微生物真核生物的Metagenetic群落分析在深海和浅水沉积物中阐明了生物地理图案。  分子生态学, DOI:10.1111 / J.1365-1294x.2011.05297.x。

 

霍莉巴克 (160个帖子)

我是加利福尼亚大学河畔的计算生物学家。我的研究使用DNA测序和基因组学研究海洋生态系统中的微生物真核生物(YEAH,NEMATODES!),重点是深海的进化和生物多样性。我既不能确认也不能否认我喜欢Unix,而不是我喜欢上海。


One Reply to “我们的Badass 454测序揭示了令人敬畏的深海见解”

  1. 令人敬畏的东西!你’遗传曲线是我的激情。有几种模型,并非所有型号都是渐近的。我们发现珊瑚礁上的寄生石多样性(和多样性)经常遵循DON的日志模型’T有渐近物,那’S粉笔染成一个看似永无止境的稀有物种供给,这些稀有物种将在任何合理的时间尺度上继续出现在样品中,从而顽固地阻止您的曲线变平。本身就是一个有趣的结果,令人沮丧地,可以防止除了说的富裕性的强大估计“it’s really high!”

    好东西!

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