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揭示海藻的秘密

UC San Diego研究人员在一流的项目中探索海藻基因组多样性

泰勒·斯蒂尔和他的顾问布拉德利·摩尔收集海藻。

uc san diego ph.d.学生泰勒斯斯蒂尔和顾问布拉德利摩尔(在背景中显示)在拉霍亚的潮汐游泳池收集海藻。他们正在研究一个项目来序列在圣地亚哥发现的10种不同类型的生物合作“有天赋”红海的基因组。由Erik Jepsen / UC San Diego Communications的照片。

S.迭哥的潮汐游泳池是一个热门的游客,希望看到某种形式的海洋生物。随着潮汐的推翻和流动透露,这些岩石沿海仙境往往与从寄居蟹和章鱼到小鱼和海葵的生物一起度过。

但除了现场偷窃海洋生物之外 - 如果你看起来有点近 - 你会发现海藻或藻类,很多。

Scripps海洋学博士后学者Immo Burkhardt筛选通过海草。

Scripps海洋学博士后学者Immo Burkhardt通过海草筛选,寻找红海藻。

UC San Diego的研究人员现在正在仔细看看其中一些在探索海藻基因组多样性的一类项目中的一些本地发现的海藻。由联合基因组研究所(JGI)资助,这项研究由海洋化学家领导布拉德利摩尔他的Scripts海洋学机构的实验室成员。

自该项目于2019年启动以来,摩尔实验室的研究人员一直在努力解开海藻的复杂化学,特别是它们如何构建某些可能在制造业和医药等领域具有重要应用的分子。该团队目前正与JGI合作,对在圣地亚哥发现的10种不同类型的生物合成“天才”红色海藻进行基因组测序,这是以前从未做过的。

“我很兴奋阅读红藻类的一些第一个基因组序列,了解这些海藻的发展如何从近岸格拉塞尔进化,”Scrips海洋学和Skaggs学校的海洋生物技术和生物医学教授Moore说在UC San Diego的药房。“我们当地海藻天然生产的许多化学品对红藻类是独一无二的,并且在我们星球上的其他生物中没有发现。因此,让我作为化学家和遗传学家的额外目标,以应用海藻的代谢秘密来帮助解决社会挑战。“

红色海藻。

一些红色海藻构建可能在制造和医学等领域具有重要应用的分子。

海藻代表世界各地的数十亿美元的行业,是跨越化学品和食品领域的许多材料的来源。通过了解海草如何在分子水平上工作,这项工作可以帮助自然产品研究人员在燃料,润滑剂,聚合物和其他商品和特种化学品的生物制造中使用海藻的生物合成机械。

“随着我们的经济在化石燃料上更加依赖的生物的未来更加依赖,我们展望大自然,了解他们如何制造我们在社会中所需的许多相同的材料,而不是通过光合作用,但通过光合作用,”摩尔说。“所以,我在这里看到了许多上游,在制作生物的材料,药品,农业产品等方面,以支持我们不断增长的经济性。”

该项目在20世纪70年代由Scripps海洋学科学家在20世纪70年代完成的突破性工作威廉·芬尼和晚了D. John Faulkner。海洋化学家首次收集和表征红海藻,通过将它们磨削并从其中提取化学品来识别海藻样品中的有趣化学品。摩尔实验室现在正在重新审视这种初始合适的新鲜眼睛,并使用基因组测序进一步迈出一步,这是一种讲述科学家在特定DNA段中携带的遗传信息的种类的过程。

泰勒斯蒂尔携带液氮的增压率。

博士学生泰勒斯斯蒂尔携带液氮的增压率,用于保护样品,潮汐池。

红海藻引起了海洋化学家的兴趣,因为某些种类的红海藻以其难以置信的利用卤素的能力而闻名,卤素是一组非金属元素,包括溴和氯。这个基因组测序项目的主要重点是发现一些“化学上有趣的”海藻是如何将卤素结合到它们产生的分子上的,这些分子有希望在其他方面得到应用。

“我们学习的海藻是有才华的生物活性分子套件的有才华的生产者,”泰勒·实验室和第三年博士学位成员说,泰勒斯蒂尔斯说。在UC San Diego的化学和生物化学系的学生。“我们对这些海藻的生物化学感兴趣,以及我们如何为其他生物技术应用重新用途这种生物合成机械。这几乎就像分子乐高。“

在圣地亚哥成长,斯蒂尔说,她是一个有兴趣了解自然界的“户外孩子”。这种好奇心激发了她在科学中追求的研究,“了解你周围的所有潜在的生物化学 - 它不能用你的肉眼看,”她说。

Tristan de Rond和Immo Burkhardt寻找红海豆腐。

摩尔实验室成员Tristan de Rond和Immo Burkhardt在潮池中寻找红色海藻。

在学习那里的一些创新序列技术之后,斯蒂尔在2019年加入了Moore Lab,加上了她被摩尔的指导和他如何促进健康的实验室环境的鼓励。她决定专注于她的博士学位。海藻基因组项目研究,与Scriptoral Scholar Immo Burkhardt合作合作。该研究似乎完美地结合了她对生物化学和基因组测序的兴趣。

“我很高兴能够拥有计算和湿实验室组件的项目。摩尔实验室专注于将基因连接到分子,海藻基因组项目是这种哲学的一个很好的例子,”斯蒂尔说。“我有机会做基因组测序,装配和注释,然后将结果带到替补席上并进行生物化学。“

在最近的郊野郊外,斯蒂尔,摩尔和其他几个实验室成员收集了La Jolla的潮汐游泳池的海藻样本。他们定时了他们的社会倾斜的郊游,以与低潮一致,这为团队提供了短暂的时间窗口,用于搜索三个特定的海藻物种的暴露潮汐池的角落和缝隙。

海藻样本。

用于长读测序的样本在被送往实验室进行PacBio测序之前被冷冻在一桶液氮中。

一旦研究人员发现了一个可行的样本,他们将通过挑选任何“大朋友”,如蠕虫或软体动物来清洗它,然后准备样本,将其送到JGI进行基因组测序。

斯蒂尔说,研究人员将首先使用短读测序,即Illumina测序,来了解样本的外观,然后一旦它被证明是可行的,他们将继续使用更精确的长读测序,即PacBio测序。她把不同的测序方法比作看书。

“随着illumina测序,就像你单独排序每个单词,并且通过PacBio测序,就像你一次通过整个段落读取而没有停止,这使您能够拥有更完整和连续的基因组,”说钢铁。“这对社区和我们来说是一个非常有价值的工具 - 狩猎基因的人。”

它通常需要三到六个月的时间来接收JGI的测序结果,然后在Scripps的实验室进一步分析结果。除了可能的生物制造应用外,研究人员还表示,由此产生的基因组将提供新的洞察海草如何适应多样化和居住的环境。

Scripps海洋科学家布拉德利摩尔搜索海藻水下。

工作的特权:Scripps海洋科学家布拉德利摩尔在水下搜索海藻。

Tristan de Rond,Scripts Proddoctoral学者和Moore Lab的成员表示,他对红海饲养的复杂性并在不太可能的地方茁壮成长的能力印象深刻。“他们是这些迷人的小化学工厂,在岩石的裂缝之间发现,”他说。

在过去三年中研究了海藻,斯蒂尔表示,她对潮汐池中发现的“惊人的生物多样性”也有更多的欣赏。

“我们的后院有许多这些红海藻,在你开始了解他们之前,你只是没有注意到。然后你意识到,神圣的牛,这里有这么多种不同的各种各样的海藻,他们制作了这些疯狂的分子,“她说。

其他研究人员跨越校园,还在涉及涉及海藻的创新项目。Scripps海洋生态学家Jennifer Smith一直与UC Davis的农业研究人员合作在一个项目上培养芦笋类动物玉米羚,红色海藻已被证明在添加到牲畜饲料时,减少了奶牛的甲烷排放量。史密斯也共同领导了加利福尼亚海藻公司,与前学生Brant Chlebowski的启动,寻求可持续培养高质量的烹饪海藻。其他其他UC San Diego的研究人员在一个利用藻类材料创造的项目上进行了合作可生物降解的触发器

到目前为止,斯蒂尔已经在排序中排序三种类型的红海藻,在管道中有两种,而其他五个在不久的将来可以在实验室中的其他人的帮助下进行。该项目将于2022年完成,但Steele表示希望它能够留下“基因组”,这将使未来的研究能够实现。

“我们在一个基因组学时代,将这种技术应用于红海牛,这是一种非常有趣的是,这是一个非常沉思的生物组,”斯蒂尔说。“我的希望是,我们可以将这些基因组捐给社区作为未来工作的资源。”

泰勒斯蒂尔布拉德利摩尔和摩尔实验室的其他成员在海滩。

泰勒斯蒂尔斯,布拉德利摩尔和摩尔实验室的其他成员沿着海滩散步,在2021年1月收集海藻。

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