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尽管在DNA测序和分析领域取得了进展，研究人员几乎没有开始划分冰山一角，对地球的微生物多样性进行编目，主要是因为在实验室中培养了数百万种微生物中只有一小部分。在海洋和陆地环境中，可以在实验室中培养的微生物不能准确地代表野外发现的多样性，严重限制了我们对为什么发现微生物以及它们在那里做什么的理解。
培养微生物的挑战之一是称为基因组精简的过程 - 随着时间的推移，一些微生物将其遗传密码削减为在特定营养贫乏环境中生存所必需的基因。 2013年6月25日早期版“ 美国国家科学院院刊”上发表的一项海洋微生物研究 表明，尽管已知实验室培养的微生物具有挑剔性，但自由生活的微生物更是如此。
研究人员，包括美国能源部联合基因组研究所(DOE JGI)和缅因州海洋科学Bigelow实验室的研究人员，从缅因湾，地中海，北太平洋和南大西洋收集的样本中分离出单个微生物细胞。然后，研究小组对56个单扩增基因组(SAG)的基因组草图进行了测序和组装。“利用这种大规模的单细胞策略，我们的研究首次提供了一些细菌居民的地理分布和基因组特征的一瞥，其中大部分细菌居民尚未在实验室培养，”负责人Tanja Woyke说。美国能源部JGI微生物基因组学计划和PNAS的高级作者之一 研究。在探索海洋细菌在管理海洋中碳的作用的研究中，水样取自海洋光区，即“阳光区”，即我们星球广阔海域内被充足阳光穿透的区域。允许光合作用。“这是大部分太阳能在海洋中捕获的地方，”沃伊克说。然后将SAG与现有的微生物培养物和宏基因组数据集进行比较。该团队发现证据表明，与自由生活的微生物不同，培养的微生物在更富营养的环境中茁壮成长。“这些研究结果表明细菌适应营养贫乏的环境是普遍存在的，分散不受限制，而水温和纬度是某些细菌群体地理分布的关键驱动因素，”Woyke说。
“单细胞基因组学继续将研究推向一个以前科学家无法进入的新水平，”Bigelow实验室单细胞基因组学中心主任，该研究的高级作者Ramunas Stepanauskas说。“虽然可以使用其他与培养无关的工具，但这些工具很少能让我们评估社区中的人做了什么，这是微生物生态学的核心问题。单细胞测序方法使我们能够为海洋光区的50多个关键社区成员连接有机体的身份和功能基因库，从而揭示覆盖地球70%的生态系统的生物学。
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