在一场全球疫情迫使德文·博兰博士离开实验室，转而使用电脑进行研究时，他意外地发现了布劳尼芽孢杆菌物种中隐藏的全新世界——实际上它并不是一个物种，而是三个不同的物种。
布朗杆菌最早是在19世纪中期被发现的。严格来说，它是一种植物，能够进行光合作用，研究人员对它的兴趣主要在于它能大量产生可用作可再生燃料的碳氢化合物。
之前，这种生物被认为是一个单一物种，分为三个种族：A、B和L，每个种族所产生的油类型略有不同。然而，随着研究发现这三个种族之间存在20-30%的基因差异，德克萨斯农工大学的农业生物研究小组提出了一种新的分类方法，圆了生物学家命名新物种的梦想。
“作为研究生，你阅读的文献都在重复同样的观点，认为这是一个单一物种，分为三个化学种族，你会潜移默化地接受这个观点，”博兰表示，他是这项基因组比较研究的第一作者。“你开始相信这一定是正确的。没有人发现不同之处，所有这些科学家的职业生涯都比我长得多——我只是个孩子。”
“但最终我为一个物种提出了被接受的名称，这是我从未想过会发生的事情。”
一半是机缘，一半是环境
在加入德州农工大学之前，博兰的本科研究主要集中在蛋白质工程等生物化学的基础领域。他的毕业论文围绕布朗氏芽孢杆菌合成其独特碳氢化合物的生产过程展开。
然而，当新冠疫情爆发时，博兰担心写论文的时间会被浪费，可能会影响毕业进度。
对此，德州农工大学农业与生命科学学院生物化学与生物物理系的副教授、本科项目副主任蒂姆·德瓦雷恩博士建议博兰抓住机会深入研究遗传数据和生物信息学。
德瓦雷恩表示：“绘制你感兴趣的生物体的基因组在研究中总是理想的，因为这能帮助你更容易地找到基因并努力确定它们的功能。”
之前在实验室的另一名研究生丹尼尔·布朗已经对B族进行了测序并组装了基因组。在德瓦雷恩和博兰的一次每周例会上，德瓦雷恩建议他们尝试对A和L族进行同样的工作。
“这有双重好处，”博兰说。“我们能够做一些以前未曾尝试的事情，同时也能帮助我们更好地理解碳氢化合物的生物合成。”
尽管在显微镜下这些种族几乎无法区分，但博兰提到，关于它们是否属于不同物种一直存在争议。他们渴望通过基因组研究来解决这个问题。
研究团队除了德瓦雷恩、博兰和布朗外，还包括德瓦雷恩实验室的博士后研究员伊维特·科尔内霍·科罗纳博士；生物化学与生物物理系的另一位研究员和教授约翰·穆雷博士；穆雷实验室的前研究生丽贝卡·墨菲博士；以及日本东京大学的冈田茂教授，他在芽孢球菌研究方面与团队有着长期合作。
蒂姆·德瓦雷恩博士在他的生物化学和生物物理系实验室中研究一种常见的绿色微藻的生物燃料特性，这种微藻被称为布朗杆菌。(Tim Devarenne, Kathleen Phillips/Texas A&M AgriLife)
基因分析
尽管芽孢球菌的碳氢化合物生产通常受到关注，但对其基因组的测序却被证明是相当困难的。
德文·博兰德博士曾是蒂姆·德瓦雷恩实验室的研究生，当COVID-19大流行迫使他离开实验室时，他第一次发现了自己对生物信息学的热爱。现在他在德州农工大学基因组科学与社会研究所工作，每天都在运用生物信息学。(德州农工基金会)
博兰德目前是德州农工大学基因组科学与社会研究所的助理研究科学家，他表示，细胞所处的厚重油性培养基使得提取和分离DNA变得极具挑战性。
尽管如此，研究小组还是决定分析基因组，以探讨每个种族在生物燃料生产过程中涉及的基因和蛋白质之间的相似性。
然而，在将基因组拼凑在一起，并利用德州农工大学高性能研究计算中心的超级计算机进行基因组比较后，博兰表示，显然这些生物体并不是同一物种。
“就像我们看到的每一个地方都不一样，”他说。
最终，研究人员发现大约每五个基因中就有一个是每个芽孢球菌种族所独有的。从这20%的差异来看，人类与黑猩猩之间的基因差异不到2%。
经过进一步验证后，博兰和德瓦雷恩开始对芽孢球菌进行重新分类。博兰提到，研究小组花了几个月的时间来研究不同的名称。
为了保留历史，他们保留了B种的原有名称——布朗氏葡萄球菌(Botryococcus braunii)，并将A种重新命名为烯质葡萄球菌(Botryococcus alkenealis)，将L种重新命名为番茄二色葡萄球菌(Botryococcus lycopadienor)，以反映它们所产生的碳氢化合物类型。
是什么造就了一个物种
在不久前，生物学家在对生物进行分类时更加重视基因和基因组。
但德瓦雷恩指出，即使有所有证据表明这些芽孢球菌藻类被认为是独立物种，真正构成一个物种的仍然是科学界的普遍接受。
在《公共科学图书馆·综合》上发表了他们的同行评议研究后，德瓦雷恩与其他100多名在自己实验室中研究这些生物的研究人员分享了他们的研究成果。
他说：“我们对不同物种的定义可能不会随着这些生物在研究中的使用而发生太大变化。”“但这对科学理解至关重要，影响我们如何看待这些生物彼此之间以及与所有其他物种之间的关系。”
博兰表示，他和德瓦雷恩在一份开放获取的期刊上发表了论文，以便其他科学家能够在他们的研究基础上进一步发展。该物种的完整基因组也可以在国家生物技术信息中心网站上获取。
他说：“对我们来说，重要的是，当这些信息准备好发布时，能够公开获取。”“科学是一个社区驱动的过程。最终的目标始终是促进我们的集体知识，我认为这就是我们所取得的成就。”
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希望本篇文章《三种不同物种的关键生物燃料微藻被发现》能对你有所帮助！
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