微生物基因组》评介
—Microbial Genomes

作者: Claire M.Frases,Timothy D.Read,Karen E.Nelson,J.Craig Venter

出版: Human Press

索书号: Q939.103M.626.2004/Y

藏书地点: 武大外教中心

一、微生物基因组及其测序

1990年启动的人类基因组计划(HGP)是人类科学史上认识自身的伟大科学工程,其主要目标是测定人类基因组的全部序列,进而阐明基因所处的位置、结构、功能、表达调控方式,以及重大疾病的致病机理。以当时的技术水平要在15年内完成这一计划任务是很艰巨的。为了顺利完成人类基因组特别是功能基因组计划,同时也启动了模式生物基因组计划,以期探讨序列测定的新技术新方法以及确定基因功能的表达模式,其中包括大肠埃希菌、流感嗜血杆菌、酿酒酵母等微生物。1995年,Fleischmann等采用全基因组随机测序法成功地完成了流感嗜血杆菌全基因组序列测定和组装,为微生物基因组研究揭开了历史性的新的一页。之后许多微生物的序列相继被测定,包括病原微生物、重要的工业微生物、以及特殊环境下生活的微生物等。截止到2004年2月,已经完成的微生物基因组达到156个,正在测序的有180个。
随机测序法又称为鸟枪法,是首先将一条完整的目标序列随机打断成小的片段,分别测序,然后利用这些小片段的重叠关系将它们拼接成一条一致序列。该方法早期主要用于较小微生物或细胞器基因组的测序,如Sanger等于1977年完成的第一个基因组序列———噬菌体φX174在1982年完成的λ"噬菌体序列都是采用鸟枪法的策略完成的。接着229kb的巨细胞病毒、192kb的痘苗病毒和187kb和121kb的Marchantia polymorpha的线粒体和叶绿体的DNA也分别在不同的实验室先后被完成测序。但是,在一段时间内由于测序技术的限制,并且计算机不能把太多数目(几万)的随机片段拼接为一条序列,致使相对比较复杂的微生物全基因组测序进展缓慢。自从1989年Applied Biosystems公司推出的荧光自动测序仪和1990年发展的Taq酶循环测序反应技术使原来的荧光标记双脱氧终止法在敏感的基础上又具有了高通量、准确和经济的特性,同时由于计算机计算方法的发展使拼接几十万个300-500长的cDNA序列片段成为可能,所有这些条件的成熟使Fleischmann等人产生了用鸟枪法策略来测定几兆大小的比较复杂微生物全基因组的大胆构想,并付诸实施,采用全基因组随机测序法对流感嗜血杆菌全基因组的序列进行测定,最终获得成功;之后此方法被广泛应用,目前几乎成为微生物全基因组测序的标准方法。基于鸟枪法的全基因组测序策略主要有两种:以克隆为基础的鸟枪法测序和全基因组鸟枪测序法。
在过去的10年中,微生物学领域得到巨大的转变,这是因为坐落在马里兰州洛克菲勒市的基因组研究所(TIGR)的基因组测序仪的适用。TIGR的科学家们发表了最初三个完整的微生物基因组序列——Haemppholus influenzae, Mycoplasma genitalium与Methanococcus jannaschii,并且随后完成了至2004年1月份全球完成与发表的150个微生物基因组中的40个。
微生物基因组学的领域是极其广泛的。本书在每一个章节都有相当的介绍性文字以增加本书的覆盖面。本书分为六个主要部分,生物信息学作为基因组学的一个工具描述了一些极常用的基因组计算工具及其应用,与物质代谢、转运、细胞周期相关的核心功能在微生物基因组中随处可见。微生物基因组进化的内容的主旨是阐明如何运用基因组学去重建微生物历史过程与动态。在微生物基因组的调查中,作者组织了相当多章节处理所选择的微生物群组。虽然此部分内容未覆盖所有的微生物基因组,其目的是可以提供一个从基因组研究中提取生物信息的提示。最后,基因组数据的应用描述基因组序列是如何运用来处理微生物学上的最重要问题。读者会注意到,许多微生物基因组在2002年末至2003年初还未完成,因此,感兴趣的读者可以登陆TIGR微生物数据库网站(www.tigr.org/tdb/mdb/mdcomplete.htlm)查询最新的信息。
基因组技术使微生物学得到巨大的转变,使得研究许多基因组与揭示许多新的基因成为可能。在微生物基因组学方面,TIGR的基因组先驱们控制了该领域的现状。通过28个触发人思维的章节,作者描述了大部分常用的计算方法与它们在研究病理微生物中的应用,展示了基因组学如何重建微生物世界的历史与动态,并且探讨了许多问题,例如:代谢通路的重建、细胞周期过程、微生物进化、后基因组学与疫苗开发。其它章节讨论了微芯片技术、表达分析与基因组在药物发现中的作用。
二、本书特色
本书激发人的思维,并且内容全面深入,不仅整合了许多现代微生物基因组的主要研究者,而且形成了一个一致的观点:测序技术促进了我们理解基因组结构、进化与生物。其特点如下:
1. 以基因组测序视角综述了微生物代谢与进化
2. 在疫苗与药物开发中的微芯片、蛋白组学与基因组学中的应用
3. 微生物注释与感染性疾病的生物信息学章节
4. 许多微生物基因组学的贡献者的触发思维的文章
5. 许多全基因组代谢通路的彩图
6. 微生物基因组学发展的历史调查

目录
第一部分 导论
1. 微生物基因组学的历史3
第二部分 基因组学中的生物信息学工具
2. 基因发现与全基因组比较工具 19
3. TIGR的细菌基因组诠释33
4. 生物信息学与微生物病理学 47
5. 噬菌体生物信息学 71
第三部分 核心功能
6. 比较微生物代谢 95
7. 膜转运的基因组分析 113
8. 基于基因组分析的细菌细胞周期 127
第四部分 微生物基因组进化
9. 原核生物进化与分类的简史143
10. 细菌基因组如何改变155
11. 基因组时代的徐军生物多样性 175
12. 共生体与病原体跟宿主共进化195
第五部分 微生物基因组调查
13.植物病原体基因组 213
14.厌养光合细菌 225
15.嗜热菌基因组学245
16.致病肠细菌 269
17.专性细胞内寄生的病原体 291
18.低G+C革兰氏阳性菌基因组 309
19.光合细菌基因组学,高G+C革兰氏阳性菌 333
20.寄生菌基因组学361
第六部分 基因组数据的应用
22.微芯片、表达分析与细菌基因组 403
23.微生物群体基因组学与生态学:前沿419
24.生物催化与生物降解中基因组学的应用443
25.药物开发过程中基因组学的整合 485
26 酶的发现与微生物基因组学 461
27.开发中的基因组方法 505
28.微生物蛋白组517

1. (武汉大学生命科学学院 许均华)