MER：从宏基因组数据库中估计浮游植物细胞水平相对丰度的方法

A robust approach to estimate relative phytoplankton cell abundances from metaggenomes

期刊：Molecular Ecology Resources，IF：8.678，发表时间：2022

研究目的和主要结果

浮游植物贡献了超过45%的全球初级生产力，并且在水生食物链以及地球生态系统中发挥重要作用，其包括原生生物（蓝藻）和携带叶绿体的各种真核生物。

对于浮游植物群落的遗传分析通常是基于对环境样本提取DNA中细菌16S、叶绿体16S或细胞核18S rRNA基因的PCR扩增。但是由于PCR扩增的偏差以及rRNA基因在不同物种中的拷贝数差异，目前的方法无法准确获得浮游植物的丰多/生物量。

此外，基于rRNA基因的PCR扩增技术也无法探索浮游植物的代谢特性。

本文通过从宏基因组数据中识别光合作中基因psbO来解决PCR扩增技术的限制，本文所使用的方法无需进行PCR，并且psbO基因存在于几乎所有的能进行光合作用的原核生物和真核生物中，而且通常为单拷贝基因。

本文使用Tara Oceans得到的不同形态大小的海洋样本对方法进行了测试和验证，结果表明，相比于基于rRNA基因的方法，基于宏基因组psbO基因的方法在浮游植物生物量的定量上于流式细胞仪和显微镜计数得到的结果更为一致。

为了进一步推广基于psbO基因的分子研究，本文建立了一个包含超过18000条独特序列的psbO基因数据库。

评论

由于不同物种中标志基因的拷贝数各不相同，基于标志基因的metabarcoding测序技术在进行物种相对丰度定量时，通常都会存在一定的误差，这一点在真核生物中尤为明显。

但是由于技术本身的限制问题以及相关科学发展的程度，我们目前基本上还无法解决这一误差，所以使用扩增子技术发表文章的时候，一般都不会考虑这个问题，审稿人通常也不会问，因为问了也解决不了，如果真的有人拿这个问题拒稿，除了少数特殊的研究以外，那可能是碰到“恶意拒稿”了。

说回本文，本文通过对光合作用相关基因的筛查，最后选择了psbO基因作为光合浮游植物的标志基因，并且建立了一个参考数据库，由于浮游植物分类本身存在的问题（同时包含原核和真核，以及分类体系可能也现行物种分类学体系差异较大），目前很难说那种metabarcoding可以完全覆盖所有的浮游植物，psbO基因为今后浮游植物metabarcoding分析技术的发展提供了一个新的潜在靶标。

不过本文是从宏基因组数据中直接注释psbO基因，相对来说成本还是高一些，不利于后续应用，本文也给出了psbO基因的参考数据库，可以试试看能不能找到一个合适的引物，开发一个常规的metabarcoding技术来基于psbO基因分析浮游植物。