微生物是群落型的生存方式，高通量測序時代到來后，掀起了針對微生物群落整體研究的高潮，比如基于功能基因/16S/ITS/擴增子、宏基因組等進行群落多樣性分析。但是，我們基于分離培養(yǎng)等方法獲得單菌落，針對單菌開展基因組、轉(zhuǎn)錄組的研究同樣很有價值，有時甚至是必不可少的。

在微生物群落研究異?；鸨慕裉?，仍然有里程碑式的成果離不開單菌基因組的研究。例如可以同時催化兩步反應硝化過程的細菌的發(fā)現(xiàn)。另一方面，針對新物種的基因組序列，可以開展更豐富深入的研究。

在細菌基因組研究中，所有的分析內(nèi)容均基于組裝得到的基因組序列。那么如何利用基因組序列進行后續(xù)的分析就顯得尤為重要了。微生物主宰地球的生物圈并驅(qū)動生物地球化學循環(huán)，但人們對微生物種群的地理分布或形成這些分布的環(huán)境因素知之甚少。

凌恩生物開發(fā)細菌基因組個性化分析！通過公共數(shù)據(jù)庫（NCBI）等構(gòu)建了全球范圍的原核生物基因組和注釋信息，收集大量不同生境細菌基因組數(shù)據(jù)，研究關(guān)注細菌功能基因多樣性和全球尺度下的進化分布，進一步解析地理和群落統(tǒng)計學如何對細菌基因組的進化產(chǎn)生不同的影響。

文獻案例一

題目：全球種群基因組學揭示了地理和系統(tǒng)發(fā)育對土壤細菌水平基因轉(zhuǎn)移的不同[2]

期刊：PNAS

影響因子：13.117

DOI：10.1073/pnas.1900056116

盡管已知微生物主宰地球生物圈并驅(qū)動生物地球化學循環(huán)，但人們對微生物種群的地理分布或形成這些分布模式的環(huán)境因素知之甚少。本研究在全球范圍進行分層采樣，來全面表征作物鷹嘴豆固氮細菌共生體的進化關(guān)系和分布限制，獲得了1027個固氮細菌全基因組草圖，包括來自系統(tǒng)發(fā)育代表性子集的14個高質(zhì)量基因組。

研究發(fā)現(xiàn)，不同的Mesorhizobium類群與鷹嘴豆共生，并在全球范圍內(nèi)有很大的重疊分布。然而，采樣位置基于Mesorhizobium種群的系統(tǒng)發(fā)育多樣性進行聚類，主要是土壤類型和緯度影響細菌分布。盡管存在長期的進化分歧和地理孤立，但觀察到的使鷹嘴豆結(jié)瘤的不同分類群共同具有一組編碼共生主要功能的整合結(jié)合元素（ICEs）。這種共生ICE在細菌染色體中有兩種形式——tripartite和monopartite，tripartite ICE僅限于廣泛分布的超物種分支。這些成對進化相關(guān)性在很大程度上受到地理距離和背景基因組進化相關(guān)性的控制。相反，Mesorhizobium基因組更廣泛的基因含量的多樣性與核心基因組系統(tǒng)發(fā)育距離呈緊密的線性關(guān)系，幾乎沒有地理影響。這些結(jié)果說明了地理和人口學如何對細菌基因組的進化產(chǎn)生不同的影響，并為開發(fā)可持續(xù)農(nóng)業(yè)的改進技術(shù)提供了有用的見解。

文獻案例二

題目：糞腸球菌明顯的醫(yī)院適應能力早于現(xiàn)代醫(yī)院時代[3]

期刊：Nature Communications

影響因子：14.919

DOI：10.1038/s41467-021-21749-5

糞腸球菌是一種常見細菌，在大多數(shù)人中都存在于腸道中，不會對宿主造成傷害。但是，如果某人免疫力低下并且該細菌進入血液，則可能導致嚴重感染。在醫(yī)院中，發(fā)現(xiàn)糞腸球菌的抗生素抗性菌株更為普遍，最初認為現(xiàn)代醫(yī)院中抗生素的廣泛使用和其他抗菌控制措施導致了這些菌株的發(fā)展。

本研究使用從患者身上分離的血流以及動物和健康人的糞便樣本分析了從1936年至今的大約2000份糞腸球菌樣本。通過使用二代和三代技術(shù)對基因組（包括染色體和質(zhì)粒）進行測序組裝，并識別多種現(xiàn)存的醫(yī)院相關(guān)譜系，最后一個共同的祖先可以追溯到19世紀。研究繪制了細菌的進化歷程，并確定了何時何地開發(fā)出不同菌株的時間表，包括如今發(fā)現(xiàn)的對抗生素具有抗性的菌株。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在廣泛使用抗生素之前，抗藥性菌株的出現(xiàn)要比先前想像的要早，因此，并非僅使用抗生素就可以導致這些菌株的出現(xiàn)。

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參考文獻
[1] Gagneux S. Ecology and evolution of Mycobacterium tuberculosis. Nat Rev Microbiol. 2018 Apr;16(4):202-213. doi: 10.1038/nrmicro.2018.8. Epub 2018 Feb 19. PMID: 29456241.[2] Greenlon A, Chang PL, Damtew ZM, et al. Global-level population genomics reveals differential effects of geography and phylogeny on horizontal gene transfer in soil bacteria. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Jul 23;116(30):15200-15209. doi: 10.1073/pnas.1900056116. Epub 2019 Jul 8. PMID: 31285337; PMCID: PMC6660780.[3] P?ntinen AK, Top J, Arredondo-Alonso S, et al. Apparent nosocomial adaptation of Enterococcus faecalis predates the modern hospital era. Nat Commun. 2021 Mar 9;12(1):1523. doi: 10.1038/s41467-021-21749-5. PMID: 33750782; PMCID: PMC7943827.