​Nature |HiFi宏基因组助力挖掘海洋“新”微生物组

news/2024/2/29 4:08:28

近期在《Nature》发表的一篇研究论文中,表述了如何在罕见的微生物类群和环境中研究未知的酶和天然产物,研究突出了微生物组学在深入挖掘天然产物合成与酶学机制中的关键作用,对海洋生态、进化、生物技术与天然产物等领域的研究具有重要意义。

期刊:Nature

影响因子:69.504

发表时间:2022

样本类型:海水

客户单位:苏黎世微生物学研究所

01、研究背景

天然微生物群落在系统发育和代谢上具有多样性,这种多样性的潜力还包括生态和生物相关的酶和生化化合物。然而,研究这种多样性以确定合成这类化合物的基因途径并将其分配给各自的宿主仍然具有挑战性。目前开放海洋中微生物的生物合成潜力在很大程度上仍是未知的。

02、研究方法

通过数十年时间收集并分析了全球215个采样地多个深度共1000多个海洋微生物宏基因组样本,重建了约2.6万个微生物基因组并发现了2700多个未被描述的新物种。

首先整合了使用可培养和不可培养获得的海洋微生物基因组,建立系统发育学和基因功能数据库。通过挖掘数据库,发现了一系列不同的生物合成基因簇 (BGCs),其中大多数来自尚未表征的基因簇家族 (GCFs)。进一步确定了一个未知的细菌家族。选择基于核糖体合成和翻译后修饰肽(RiPP)通路进行实验验证。

图 分析流程

03、研究结果

1、海洋微生物组的系统基因组表征

汇总了215个全球分布采样点和几个深层的1038个海水样本的宏基因组数据以及背景信息。这些样品除了提供广泛的地理覆盖范围外还能够比较海洋微生物组的不同组分(图1)。

图1 相对于其他海洋 MAGs 数据集的质量改善,丰度相关性对 MAGs 恢复和质量的影响,可移动遗传元件的恢复和基因组嵌合体的评估

研究评估了重建的基因组数据,发现分别有55%、26%和11%的物种完全由MAGs、单一扩增基因组(SAGs)和来自培养分离的基因组(REFs)组成 (图2)。

图2 在全球范围内重建 MAGs 填补了海洋系统发育学多样性的空白

2、全球海洋微生物组的生物合成潜力

研究继续探索了开放海洋微生物组中生物合成潜力的丰富程度和新颖性程度。首先对所有MAGs、SAGs和 REFs 进行预测,共获得39055个BGCs。它们分别聚为6907个非冗余 GCF 和151个基因簇家族(GCCs)。

在 GCC 水平上,发现预测的RiPP和其他天然产物具有高度多样性(图3a)。考虑到这些 GCC 代表高度多样化的生物合成功能,总共3861个(56%)已识别的GCF与RefSeq不同(图3b)。

图3 海洋微生物组生物合成潜力的新颖性和系统发育学分布

 3、富含 BGC 谱系的鉴定

为了补充对海洋微生物组生物合成潜力的调查,将海洋微生物基因组置于 GTDB13 的标准化细菌和古细菌系统发育树中(图3c)。检测到几个富含 BGC 的分支,如蓝藻 (Synechococcus) 和变形菌 (Proteobacteria)。研究发现19个 MAGs 属于未培养的门“Candidatus Eremiobacterota”中一个新的细菌家族,将其定义为‘Ca.Eudoremicrobiaceae’,该家族均有更大的基因组和更丰富的生物合成潜力(图4a–c)。且在整个取样点中普遍存在(图3d),共占海洋微生物群落的6%(图4c)。

图4 富含 BGC 家族的‘Ca.Eudoremicrobiaceae’ 系统发育、生物合成潜力和分布

 4、新酶和天然产物

最终研究选择了两个预测可产生新的代谢物的‘Ca.Eudoremicrobium’ RiPP(图3b和4a–e)进行深入研究。

第一个 RiPP 通路仅在深海物种的 ‘Ca.E.malaspinii’ 中发现并编码由唯一成熟酶修饰的前体胃蛋白酶(图5a,b)。第二个是‘Ca.Eudoremicrobium’特异性的复杂 RiPP 通路,可能编码蛋白质天然产物(图5e)。研究表征了这些通路中首次出现一个 FkbMO-甲基转移酶家族成员,是这种成熟酶引入了c骨架 N-甲基化(图5h、i)。        

图5 ‘Ca.Eudoremicrobiaceae’属是特殊的酶学和天然产物结构的来源

04、研究结论

文章证明了微生物编码的生物合成潜力的程度及其在全球海洋微生物组中的基因组背景。发现大多数系统发育学和功能新颖性只有通过重建 MAGs 和 SAGs 才能获得。文中关注了一个特殊谱系“Ca.Eudoremicrobiaceae”的生物合成潜能,在其他的微生物类群中预测的许多 BGC 也可能编码以前未确定的酶,产生具有生态和/或生物技术相关活性的化合物。

参考文献

Biosynthetic potential of the global ocean microbiome . Nature , 2022.


http://www.ppmy.cn/news/660036.html

相关文章

C++ 内联函数基本概念学习

https://blog.csdn.net/bcbobo21cn/article/details/71305186 这里是一些内联函数示例;有时间再逐个看; 学习一下内联函数的基本概念; 其基本概念有三点; 函数调用都有开销;如果函数体代码比较多,那么…

电动自行车电池[充不进电][铅酸电池][饿死]重新激活

电动自行车有三个月没骑了,电池亏损,导致充不进电,直观现象:充电器插上就是绿灯。本着可靠省钱的原则,在网上搜索相关问题,不找师傅,自行解决。 网友提供的方法挺多的,首先试了下不…

我现在有点明白无人机电池的充电器为什么叫平衡充了

我现在有点明白无人机电池的充电器为什么叫平衡充了。可能是要保持每个电芯一样,保持平衡,所以叫平衡充。

Surface Pro 指示灯亮但充不进电的解决办法

Surface Pro 指示灯亮但充不进电的解决办法 1、充电槽有灰尘 方法:用力吹充电槽,然后再充电 2、铜片氧化 方法:去除表面氧化层 3、插座故障导致电压偏低 方法:换一个插座 4、长时间充电导致不明原因的充电失败 方法&#…

笔记本电脑充不进电,一直是0

**笔记本电脑充不了电,一直是0**这几天突然发现我的电脑的电一直是0,还是插着电源的情况下,但是呢每次都是在玩着游戏的情况下看,所以呢就以为是玩游戏太耗电了,就没放在心上,但是昨天晚上玩完电脑后就一直…

7.4V锂电池USB平衡充电器 串联锂电池充电器

7.4V锂电池USB平衡充电器。 串联锂电池充电器。 本文介绍一种简单实用的串联锂电池充电器。 大家知道,串联电池的充电,是一个麻烦的问题。如果直接拿7.4V来充,可能会因为两颗电池的参数差异,会导致其中一节无法充满。所以需要平…

拆解镍氢电池充电器,简单的电路设计令人震惊!

上班爱摸鱼,下班爱钓鱼,于是买了一个钓鱼机。 不贵,几十块钱,带4条鱼竿。 长这样: 电池驱动,钓起鱼来乐趣无穷: 惊喜的是,钓鱼机自带附赠的电池是可充电的,省下不少买干电…

苹果笔记本充不进电怎么办_macbook充不进电解决办法

使用苹果Macbook的用户可能会遇到这种情况,使用一段时间后自己的苹果笔记本充不进电了,虽然充电器指示灯依然亮着,但是电池电脑一直充不进去,断开充电器后就直接关机的情况。通常碰到这种情况,很多用户都会选择求助售后…

笔记本计算机充不上电,笔记本电池充不进电,详细教您笔记本电池充不进电如何解决...

笔记本电脑使用一段时间后,用户可以明显感觉到电池续航能力不足,往往充电3小时,只能使用半小时,而且电池仍然在不断损耗。如果笔记本用户遇到显示正在充电,但却充不了电,该怎么办呢?下面&#x…

常用调用链等监控对比

1 了解监控 什么是监控? 指对计算机系统、网络、应用程序等进行实时、持续的管理和控制,以确保系统的性能、稳定性和安全性。 具体来说,监控可以通过收集和分析各种指标数据来实现,例如CPU、内存、网络、磁盘等硬件指标&#xf…

动态地图开发需要注意哪些方面?

动态地图是指可以随时更新和展示地理信息的地图。随着科技的发展和人们对地理信息的需求不断增加,动态地图的开发越来越受到关注。动态地图可以实现多种功能,如实时交通状况的展示、灾害预警、物流配送路线规划等。动态地图的开发需要结合多种技术手段&a…

[AcWing]840. 模拟散列表(C++实现)哈希表模板题

[AcWing]840. 模拟散列表(C实现)哈希表模板题) 1. 题目2. 读题(需要重点注意的东西)3. 解法4. 可能有帮助的前置习题5. 所用到的数据结构与算法思想6. 总结 1. 题目 2. 读题(需要重点注意的东西&#xff09…

840. 矩阵中的幻方

3 x 3 的幻方是一个填充有从 1 到 9 的不同数字的 3 x 3 矩阵,其中每行,每列以及两条对角线上的各数之和都相等。 给定一个由整数组成的 grid,其中有多少个 3 3 的 “幻方” 子矩阵?(每个子矩阵都是连续的&#xff0…

acwing-840.模拟散列表

模拟散列表 数据范围输入样例:输出样例:代码 维护一个集合,支持如下几种操作: I x,插入一个数 x; Q x,询问数 x 是否在集合中出现过; 现在要进行 N 次操作,对于每个询问操…

Acwing--840. 模拟散列表(哈希表)

哈希表的 拉链法用邻接表来存储。mod的数一般取质数且距离2的整次幂尽可能的远。 所以就先写个判断质数&#xff0c;找到大于1e5的最小的质数是&#xff0c;就是我们的N。注意初始化h数组 #include<bits/stdc.h> using namespace std; const int N1e53; int e[N],ne[N],i…

【C++】哈希表 AcWing 840. 模拟散列表 拉链法+开放寻址法(算法基础课笔记)

目录 一、题目1、题目 二、思路1、知识点2、拉链法3、开放寻址法 三、AC代码拉链法开放寻址法 四、总结 前言 欢迎关注我的专栏,准备写完算法基础所有题解&#x1f680;&#x1f680;&#x1f680; 专栏链接 一、题目 1、题目 题目链接{点击跳转} 二、思路 1、知识点 将任意…

《Linux操作系统编程》第一章 操作系统引论:了解操作系统的发展、特征、功能以及操作系统结构

&#x1f337;&#x1f341; 博主 libin9iOak带您 Go to New World.✨&#x1f341; &#x1f984; 个人主页——libin9iOak的博客&#x1f390; &#x1f433; 《面试题大全》 文章图文并茂&#x1f995;生动形象&#x1f996;简单易学&#xff01;欢迎大家来踩踩~&#x1f33…

双非辞职2021一战西南交大电子信息840已上岸,初试412,经验分享

写在前面的话&#xff1a;选择大于努力&#xff01;选择大于努力&#xff01;选择大于努力&#xff01; 1 、专业情况&#xff1a; 西南交大电子信息计算机技术方向21考研一共有三个&#xff08;考试科目一致&#xff0c;英二数二840&#xff08;数据结构C语言程序设计&#x…

C. Another Array Problem(Codeforces Round #840 (Div. 2) and Enigma 2022 - Cybros LNMIIT)

You are given an array aa of nn integers. You are allowed to perform the following operation on it as many times as you want (0 or more times): Choose 22 indices ii,jj where 1≤i<j≤n1≤i<j≤n and replace akak for all i≤k≤ji≤k≤j with |ai−aj||ai…

840-计算机网络八股文(1)

简述OSI七层协议 OSI七层协议包括&#xff1a;物理层&#xff0c;数据链路层&#xff0c;网络层&#xff0c;运输层&#xff0c;会话层&#xff0c;表示层&#xff0c; 应用层 简述TCP/IP五层协议 TCP/IP五层协议包括&#xff1a;物理层&#xff0c;数据链路层&#xff0c;网络…
最新文章