时间：2018-02-07 来源：CICC菌种平台
熟悉分类学的小伙伴都知道，在描述微生物新物种时，形态学、生理生化、化学、分子生物学等特征是标配指标，不过这一配置即将升级。近日，微生物系统分类的国际权威期刊《International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology》在其官网发布新闻“Genome sequencing data required with Taxonomic Descriptions”，国际系统与进化微生物学杂志(IJSEM)即将要求作者提供基因组测序数据，并在分类学描述中提供新的分类单元的描述。基因组序列对原核生物的系统学研究具有重要价值，除了提高对微生物生物学的一般认识外，它们还提高了原核生物的鉴定、有助于分类单元的鉴定和高等分类单元系统发育的解析。虽然公布基因组测序数据并非强制性的，但强烈建议列入这一基因组测序数据。如果作者因任何原因无法提供基因组测序数据，则应在其附信中说明这一点；处理编辑将逐案审议考虑豁免。这项要求将从2018年1月起生效，IJSEM要求作者将数据存放在一个不需要查看者注册的已建立的、免费的公共数据库中(即GenBank、ENA或DDBJ)。
IJSEM的这项申明意味着全基因组序列已成为微生物新种发表的标配。发新种和不发新种的小伙伴们都看过来了，今天我们将要来说说“全基因组序列”的来头。
1.什么是全基因组序列
全基因组序列(Whole GenomeSequence, WGS)是细胞内以核苷酸序列形式存储的所有遗传信息，体现为代表四种碱基的ATCG四个字母所组成的一串字符。WGS能够最大程度提供关于微生物分类地位的遗传信息，在实际操作中，其所兼容覆盖的GC含量测定、DNA-DNA杂交等相对繁琐操作有望因此略去；同时WGS代表微生物个体中DNA遗传物质的总和，这有利于后续对菌株在基因组水平上的深层次遗传挖掘。小编私以为这是IJSEM期刊将WGS纳入新种发表必备指标的主要原因。
图1. 流感嗜血杆菌 Haemophilus influenzae Rd，1.83 Mb，1995年首个测序完成的细菌(Fleischmann et al., 1995)
2.如何获得全基因组序列
目前，测序技术的发展使我们获得一个微生物的WGS已如“把大象装冰箱”一般简单：第一步，提取微生物的基因组；第二步，对基因组中的碱基进行读取；第三步，数据质控和拼接完成基因组。后两步目前常规的生物测序公司都可提供。其中核心的第二步需要借助测序仪完成。以Illumina为代表的第二代高通量测序技术是当前测序市场的主流，国内华大基因也相继推出了其自主研发的测序仪，例如BGISEQ-500等。相较于一代Sanger测序技术，二代高通量测序技术数据量更大、成本更低。不断推陈出新的测序技术和测序平台使得当前完成一株菌的全基因组测序成本大大下降，这也为IJSEM期刊要求新种发表时必备全基因组序列提供了实际可行性。
3.全基因组序列在微生物分类和溯源中的作用
如前面提到的，WGS能提供菌株分类最丰富的遗传信息，在微生物菌种水平鉴定中具有最大分辨率力，许多利用16S rRNA序列“金标准”无法鉴定其物种的菌株可基于全基因组序列进一步鉴定到种。对于同种内不同菌株的分型，尤其是污染菌的溯源分析具有较高技术难度，脉冲场凝胶电泳(PFGE)和核糖体分型(Ribotyping)等是美国药典USP和中国药典2015版推荐的分型方法，但在面临相似性非常高的菌株时同样可能会束手无策。全基因组数据能够更全面遗传信息基础上对菌株进行有效区分，且现已成为FDA、美国CDC、EFSA等组织监控病源菌疾病暴发的常规技术方法。
图2. 2014年美国暴发焦糖苹果-李斯特菌污染事件，基于全基因组序列的SNP分型方法能够提供
高于PFGE的分辨率，准确病原菌分支(Carleton et al, 2016)
由于蕴含了整个菌株全部的遗传信息，全基因组数据还能够用于毒力基因、耐药基因以及外源基因等靶向定位检测，次级代谢、功能基因预测与分析；由纯菌株的全基因组可扩展至环境样品的基因组，即宏基因，能够为复杂环境样品中的微生物组成、代谢、功能、差异表达基因进行全方位综合分析，解析微生物在环境中组成与动态功能性相互作用。
值得一提的是，全基因组的数据可提交到NCBI等公开数据库保存，不同实验室可免费下载分析，真正实现大数据的共享。
近期，CICC参加了由WDCM和中国科学院微生物研究所牵头联合十余家国际菌种保藏中心的全球微生物模式菌株基因组和微生物组测序合作计划，将陆续补充整理新种发表微生物模式菌株基因组数据，5年内完成超过1万种微生物模式菌株微生物全基因组测序，期待您的支持与参与。
