304 Nerjaveèi asye soude tib mawonnen / tib zhemical zomponent, potansyèl byosentetik nan mikrobyom marin mondyal la

Mèsi paske w vizite Nature.com.W ap itilize yon vèsyon navigatè ak sipò CSS limite.Pou pi bon eksperyans, nou rekòmande pou w sèvi ak yon navigatè ki ajou (oswa enfim mòd konpatibilite nan Internet Explorer).Anplis de sa, asire sipò kontinyèl, nou montre sit la san estil ak JavaScript.
Koulis ki montre twa atik pou chak glisad.Sèvi ak bouton dèyè yo ak bouton kap vini yo pou w deplase nan glisad yo, oswa bouton kontwolè glisad yo nan fen pou deplase nan chak glisad.

Deskripsyon detaye pwodwi

304 Nerjaveèi asye soude tib mawonnen / tib
1. Spesifikasyon: Nerjaveèi asye bobin tib / tib
2. Kalite: soude oswa san pwoblèm
3. estanda: ASTM A269, ASTM A249
4. Nerjaveèi asye bobin tib OD: 6mm a 25.4MM
5. Longè: 600-3500MM oswa selon kondisyon kliyan an.
6. Epesè miray: 0.2mm a 2.0mm.

7. Tolerans: OD: +/-0.01mm;Epesè: +/-0.01%.

8. Gwosè twou anndan bobin: 500MM-1500MM (ka ajiste selon kondisyon kliyan)

9. Wotè bobin: 200MM-400MM (ka ajiste selon kondisyon kliyan)

10. Sifas: Bright oswa rkwit
11. Materyèl: 304, 304L, 316L, 321, 301, 201, 202, 409, 430, 410, alyaj 625, 825, 2205, 2507, elatriye.
12. Anbalaj: sache trikote nan ka an bwa, palèt an bwa, arbr an bwa, oswa selon kondisyon kliyan an
13. Tès: eleman chimik, fòs sede, fòs rupture, mezi dite
14. Garanti: Twazyèm pati a (pa egzanp:SGS TV) enspeksyon, elatriye.
15. Aplikasyon: Décoration, mèb, transpò lwil oliv, echanjeur chalè, fè balistrad, fè papye, otomobil, pwosesis manje, medikal, elatriye.

Kominote mikwòb natirèl yo divès filogenetik ak metabolik.Anplis gwoup òganis ki pa etidye yo1, divèsite sa a genyen tou yon potansyèl rich pou dekouvèt anzim ekolojik ak bioteknolojik enpòtan ak konpoze byochimik2,3.Sepandan, etidye divèsite sa a pou detèmine chemen jenomik ki fè sentèz konpoze sa yo epi mare yo ak lame respektif yo rete yon defi.Potansyèl biosentetik mikwo-òganis yo nan oseyan louvri rete lajman enkoni akòz limit nan analiz done rezolisyon genòm antye sou yon echèl mondyal.Isit la, nou eksplore divèsite ak divèsite gwoup jèn byosentetik nan oseyan an nan entegre apeprè 10,000 jenom mikwòb ki soti nan selil kiltive ak selil sèl ak plis pase 25,000 jenom bouyon ki fèk rekonstwi soti nan plis pase 1,000 echantiyon dlo lanmè.Efò sa yo te idantifye apeprè 40,000 sitatif sitou nouvo grap jèn byosentetik, kèk nan yo te jwenn nan gwoup filogenetik ki te deja pa sispèk.Nan popilasyon sa yo, nou te idantifye yon liy ki rich nan grap jèn byosentetik ("Candidatus Eudormicrobiaceae") ki te fè pati yon filòm bakteri ki pa kiltive e ki enkli kèk nan mikwo-òganis ki pi divèsifye nan biosentetik nan anviwònman sa a.Nan sa yo, nou te karakterize wout fosfataz-peptide ak pitonamid, idantifye ka estrikti konpoze etranj byoaktif ak anzimoloji, respektivman.An konklizyon, etid sa a demontre kijan estrateji ki baze sou mikrobyom yo ka pèmèt eksplorasyon anzim yo pa dekri deja ak manje natirèl nan yon mikrobyota ak anviwònman ki mal konprann.
Mikwòb kondwi sik byojeochimik mondyal, kenbe rezo manje, epi kenbe plant ak bèt an sante5.Gwo divèsite filogenetik, metabolik ak fonksyonèl yo reprezante yon potansyèl rich pou dekouvèt nouvo taxon1, anzim ak konpoze byochimik, ki gen ladan pwodwi natirèl6.Nan kominote ekolojik, molekil sa yo bay mikwo-òganis ak yon varyete fonksyon fizyolojik ak ekolojik, soti nan kominikasyon ak konpetisyon 2, 7.Anplis de fonksyon orijinal yo, pwodui natirèl sa yo ak chemen pwodiksyon kode jenetik yo bay egzanp pou aplikasyon biotechnologique ak terapetik2,3.Idantifikasyon chemen ak koneksyon sa yo te fasilite anpil pa etid mikwòb kiltive yo.Sepandan, etid taksonomik nan anviwònman natirèl yo te montre ke vas majorite nan mikwo-òganis yo pa te kiltive8.Patipri kiltirèl sa a limite kapasite nou pou esplwate divèsite fonksyonèl anpil mikwòb kode4,9.
Pou simonte limit sa yo, pwogrè teknolojik nan dènye dekad la te pèmèt chèchè yo dirèkteman (sa vle di, san kilti anvan) sekans fragman ADN mikwòb ki soti nan tout kominote (metagenomics) oswa selil sèl.Kapasite pou rasanble fragman sa yo nan pi gwo fragman genòm epi rekonstwi plizyè jenom metagenomik rasanble (MAGs) oswa yon sèl jenom anplifye (SAGs), respektivman, ouvè yon opòtinite enpòtan pou etid taksosantrik nan mikrobyom nan (sa vle di, kominote mikwòb ak mikrobyom la).ale nouvo chemen.pwòp materyèl jenetik nan yon anviwònman bay) 10,11,12.Vreman vre, etid resan yo te elaji anpil reprezantasyon filojenetik divèsite mikwòb sou Latè1, 13 epi yo te revele anpil nan divèsite fonksyonèl nan kominote mikwòb endividyèl yo pa te deja kouvri pa sekans jenom referans mikwo-òganis kiltive (REF)14.Kapasite pou mete divèsite fonksyonèl ki pa dekouvri nan kontèks jenom lame a (sa vle di, rezolisyon genomic) enpòtan anpil pou prevwa liy mikwòb ki poko karakterize ki sipoze kode nouvo pwodwi natirèl15,16 oswa pou trase konpoze sa yo tounen nan pwodiktè orijinal yo17.Pou egzanp, yon apwòch konbine metagenomic ak yon sèl selil analiz jenomik te mennen nan idantifikasyon nan Candidatus Entotheonella, yon gwoup metabolik rich eponj ki asosye bakteri, kòm pwodiktè nan yon varyete potansyèl dwòg18.Sepandan, malgre dènye tantativ eksplorasyon jenomik divès kominote mikwòb yo,16,19 plis pase de tyè nan done metagenomik mondyal yo pou pi gwo oseyan ekosistèm Latè yo16,20 toujou manke.Kidonk, an jeneral, potansyèl byosentetik mikrobyom maren an ak potansyèl li kòm yon depo nouvo pwodwi anzimatik ak natirèl rete lajman understudied.
Pou eksplore potansyèl byosentetik mikrobyom maren yo sou yon echèl mondyal, nou premye mete jenom mikwòb maren yo te jwenn lè l sèvi avèk metòd ki depann de kilti ak metòd ki pa kilti pou kreye yon baz done vaste filogenetik ak fonksyon jèn.Egzamen baz done sa a te revele yon gran varyete gwoup jèn byosentetik (BGCs), pifò ladan yo fè pati fanmi gwoup jèn yo (GCF) ki poko pa karakterize.Anplis de sa, nou te idantifye yon fanmi bakteri enkoni ki montre pi gwo divèsite li te ye nan BGC yo nan oseyan an louvri jiska dat.Nou te chwazi de sentèz ribosomal ak post-tradiksyon modifye peptide (RiPP) chemen pou validation eksperimantal ki baze sou diferans jenetik yo nan chemen li te ye kounye a.Karakterizasyon fonksyonèl nan chemen sa yo te revele egzanp inatandi nan anzimoloji osi byen ke konpoze estriktirèl etranj ak aktivite inhibition proteaz.
Okòmansman, nou te vize pou kreye yon resous done mondyal pou analiz genomic, konsantre sou eleman bakteri ak archaeal li yo.Pou sa ka fèt, nou rasanble done metagenomic ak 1038 echantiyon dlo lanmè ki soti nan 215 sit echantiyon mondyal distribye (ranje latitid = 141.6 °) ak plizyè kouch gwo twou san fon (ki soti nan 1 a 5600 m nan pwofondè, ki kouvri zòn pelajik, mezopelaj ak abis).Background21,22,23 (Fig. 1a, done pwolonje, Fig. 1a ak Tablo Siplemantè 1).Anplis de sa yo bay yon kouvèti jeyografik laj, echantiyon filtre seleksyon sa yo te pèmèt nou konpare divès eleman nan mikrobyom maren an, ki gen ladan viris ki rich (<0.2 µm), ki rich ak pwokaryotik (0.2-3 µm), ki rich ak patikil (0.8 µm). ).–20 µm) ak viris-apovri koloni (>0.2 µm).
a, Yon total de 1038 jenòm piblikman disponib (metagenomics) nan kominote mikwòb maren yo kolekte nan 215 kote distribiye globalman (62°S rive 79°N ak 179°W rive 179°E.).Kat jeyografik mozayik © Esri.Sous: GEBCO, NOAA, CHS, OSU, UNH, CSUMB, National Geographic, DeLorme, NAVTEQ, ak Esri.b, metagenom sa yo te itilize pou rekonstwi MAGs (metòd ak enfòmasyon adisyonèl), ki diferan nan kantite ak bon jan kalite (metòd) nan datasets yo (ki make nan koulè).MAG2 rekonstwi yo te konplete ak jenòm (ekstèn) ki disponib piblikman, ki gen ladan MAG26, SAG27 ak REF atizanal.27 Konpile OMD.c, konpare ak rapò anvan yo ki baze sèlman sou SAG (GORG)20 oswa MAG (GEM)16, OMD amelyore karakterizasyon jenomik kominote mikwòb maren yo (metagenomic read mapping rate; metòd) pa de a twa fwa ak reprezantasyon ki pi konsistan nan pwofondè ak latitid..<0.2, n = 151, 0.2-0.8, n = 67, 0.2-3, n = 180, 0.8-20, n = 30, > 0.2, n = 610, <30°, n = 132, 30-60° , n = 73, > 60 °, n = 42, EPI, n = 174, MES, n = 45, BAT, n = 28. d, OMD gwoupman nan nivo gwoup espès (95% idantite nukleotid vle di) idantifye yon total de apeprè 8300 espès, plis pase mwatye nan yo ki pa te deja karakterize dapre anotasyon taksonomik lè l sèvi avèk GTDB a (vèsyon 89). mikrobyom maren an.An patikilye, 55%, 26% ak 11% nan espès yo te espesifik pou MAG, SAG ak REF, respektivman.BATS, Bermuda Atlantic Time Series;GEM, genòm nan mikrobyom Latè a;GORG, genòm referans mondyal oseyan;CHO, seri tan Oseyan Awayi.
Sèvi ak done sa a, nou rekonstwi yon total de 26,293 MAG, sitou bakteri ak archaeal (Fig. 1b ak done elaji, Fig. 1b).Nou te kreye MAG sa yo soti nan asanble ki soti nan echantiyon metagenomic separe olye ke pisin pou anpeche efondreman varyasyon sekans natirèl ant echantiyon ki soti nan diferan kote oswa pwen tan (metòd).Anplis de sa, nou gwoupe fragman jenomik ki baze sou korelasyon prévalence yo atravè yon gwo kantite echantiyon (ki soti nan 58 a 610 echantiyon, tou depann de sondaj; metòd).Nou te jwenn ke sa a se yon etap ki pran tan men enpòtan24 ki te sote nan plizyè gwo echèl MAG16, 19, 25 travay rekonstriksyon e siyifikativman amelyore kantite (2.7-pliye an mwayèn) ak kalite (+20% an mwayèn) nan. genòm.rekonstwi soti nan metagenom maren etidye isit la (done pwolonje, Fig. 2a ak enfòmasyon adisyonèl).An jeneral, efò sa yo te lakòz yon ogmantasyon 4.5 fwa nan MAG mikwòb maren yo (6 fwa si yo konsidere sèlman MAGs de kalite siperyè) konpare ak resous MAG ki pi konplè ki disponib jodi a16 (Metòd).Lè sa a, seri MAG ki fèk kreye sa a te konbine avèk 830 MAG26 yo chwazi alamen, 5969 SAG27 ak 1707 REF.Vennsèt espès bakteri maren ak archaea te fè yon koleksyon konbinezon 34,799 jenom (figi 1b).
Apre sa, nou evalye resous ki fèk kreye a pou amelyore kapasite li pou reprezante kominote mikwòb maren yo epi evalye enpak entegre diferan kalite genomic.An mwayèn, nou te jwenn ke li kouvri apeprè 40-60% done metagenomic maren (Figi 1c), de a twa fwa kouvèti a nan rapò MAG-sèlman anvan yo nan tou de pwofondè ak latitid Plis seri 16 oswa SAG20.Anplis de sa, pou nou mezire sistematikman divèsite taksonomik nan koleksyon etabli yo, nou te anote tout genòm lè l sèvi avèk Genome Taxonomy Database (GTDB) zouti (metòd) epi nou te itilize yon idantite nukleotid mwayèn nan tout genòm nan 95%.28 pou idantifye 8,304 grap espès (espès).De tyè nan espès sa yo (ki gen ladan nouvo klad) pa te deja parèt nan GTDB a, nan ki 2790 yo te dekouvri lè l sèvi avèk MAG rekonstwi nan etid sa a (Fig. 1d).Anplis de sa, nou te jwenn ke diferan kalite genòm yo trè konplemantè: 55%, 26%, ak 11% nan espès yo konpoze antyèman nan MAG, SAG, ak REF, respektivman (Fig. 1e).Anplis de sa, MAG kouvri tout kalite 49 yo jwenn nan kolòn dlo a, pandan y ap SAG ak REF reprezante sèlman 18 ak 11 nan yo, respektivman.Sepandan, SAG pi byen reprezante divèsite klad ki pi komen yo (done elaji, Fig. 3a), tankou Pelagic Bacteriales (SAR11), ak SAG ki kouvri prèske 1300 espès ak MAG sèlman 390 espès.Miyò, REF yo raman sipèpoze ak MAG oswa SAG nan nivo espès yo epi yo reprezante > 95% nan apeprè 1000 jenom yo pa jwenn nan seri metagenomik oseyan ki louvri yo etidye isit la, sitou akòz entèraksyon ak lòt kalite espesimèn izole reprezantan maren (egzanp sediman) .oswa lame-asosye).Pou rann li lajman disponib pou kominote syantifik la, resous jenom maren sa a, ki gen ladan tou fragman ki pa klasifye (pa egzanp, ki soti nan faj prevwa, zile jenomik, ak fragman genomic pou ki pa gen ase done pou rekonstriksyon MAG), yo ka konpare ak done taksonomik. .Aksè anons ansanm ak fonksyon jèn ak paramèt kontèks yo nan baz done Mikwobyoloji Oseyan (OMD; https://microbiomics.io/ocean/).
Lè sa a, nou te deside eksplore richès ak kado potansyèl byosentetik nan mikrobyom oseyan louvri.Pou sa, nou te premye itilize antiSMASH pou tout MAG, SAG, ak REF yo te jwenn nan 1038 metagenom maren (metòd) pou predi yon total de 39,055 BGC.Lè sa a, nou gwoupe sa yo nan 6907 GCF ki pa redondants ak 151 popilasyon gwoup jèn (GCCs; Tablo siplemantè 2 ak metòd) pou rann kont pou redondas nannan (sa vle di, menm BGC a ka kode nan jenom miltip) ak done metagenomic Fragmantasyon nan BGC konsantre.BGC ki pa konplè yo pa t ogmante siyifikativman, si genyen (Enfòmasyon Siplemantè), kantite GCF ak GCC, respektivman, ki gen omwen yon manm BGC entak nan 44% ak ​​86% nan ka yo.
Nan nivo GCC, nou te jwenn yon gran varyete RiPPs prevwa ak lòt pwodwi natirèl (figi 2a).Pami yo, pou egzanp, arylpolyenes, karotenoid, ectoines, ak siderophore fè pati GCCs ak yon distribisyon filojenetik lajè ak yon gwo abondans nan metagenom oseyanik, ki ka endike yon adaptasyon lajè nan mikwo-òganis nan anviwònman an maren, ki gen ladan rezistans nan espès oksijèn reyaktif, estrès oksidatif ak osmotik..oswa absòpsyon fè (plis enfòmasyon).Divèsite fonksyonèl sa a diferansye ak yon analiz resan apeprè 1.2 milyon BGC nan mitan apeprè 190,000 jenom ki estoke nan baz done NCBI RefSeq (BiG-FAM/RefSeq, refere yo kòm RefSeq)29, ki te montre ke peptides nonribosomal Synthetase (NRPS) ak polyketide synthase. (PKS) BGCs (Enfòmasyon Siplemantè).Nou jwenn tou 44 (29%) GCC sèlman ki gen rapò ak nenpòt RefSeq BGC (\(\bar{d}\)RefSeq> 0.4; Fig. 2a ak metòd) ak 53 (35%) GCC sèlman nan MAG, mete aksan sou potansyèl la. pou detekte pwodwi chimik ki pa dekri deja nan OMD.Etandone ke chak nan GCC sa yo gen anpil chans reprezante fonksyon byosentetik trè divès, nou analize plis done nan nivo GCF nan yon efò pou bay yon gwoupman pi detaye nan BGCs prevwa nan kòd pou pwodwi natirèl ki sanble29.Yon total de 3861 (56%) idantifye GCF pa t 'sipèpoze ak RefSeq, ak> 97% nan GCF yo pa te prezan nan MIBiG, youn nan baz done yo pi gwo nan BGCs valide eksperimantal (Figi 2b).Pandan ke li pa etone dekouvri anpil nouvo chemen potansyèl nan anviwònman ki pa byen reprezante pa genòm referans lan, metòd nou an pou dereplication BGCs nan GCFs anvan benchmarking diferan de rapò anvan yo 16 epi pèmèt nou bay yon evalyasyon san patipri nan kado.Pifò nan nouvo divèsite (3012 GCF oswa 78%) koresponn ak prevwa terpèn, RiPP oswa lòt pwodwi natirèl, ak pifò (1815 GCF oswa 47%) se kode nan kalite enkoni akòz potansyèl byosentetik yo.Kontrèman ak gwoup PKS ak NRPS, BGC kontra enfòmèl ant sa yo gen mwens chans pou yo fragmenté pandan asanble metagenomik 31 epi pèmèt plis karakterizasyon fonksyonèl pwodwi yo ki gen plis tan ak resous.
Yon total de 39,055 BGC yo te gwoupe nan 6,907 GCF ak 151 GCC.a, reprezantasyon done (entèn ekstèn).Gwoup yerarchik distans BGC ki baze sou GCC, 53 ladan yo fikse pa MAG sèlman.GCC a gen BGC ki soti nan diferan takson (frekans pòtay ln-transfòme) ak diferan klas BGC (gwosè sèk koresponn ak frekans li).Pou chak GCC, kouch ekstèn lan reprezante kantite BGC, prévalence (pousantaj echantiyon), ak distans (distans kosinin BGC minimòm (min(dMIBiG))) soti nan BiG-FAM rive nan BGC.GCC ak BGC ki gen rapò ak BGCs verifye eksperimantal (MIBiG) yo make ak flèch.b Konpare GCF ak BGC prevwa (BiG-FAM) ak eksperimantal valide (MIBiG), yo te jwenn 3861 GCF nouvo (d–>0.2).Pifò (78%) nan kòd sa yo pou RiPP, tèrpèn, ak lòt pwodwi natirèl potatif.c, tout jenom nan OMD yo te jwenn nan 1038 metagenom maren yo te mete nan pye bwa baz GTDB pou montre kouvèti filogenetik OMD la.Klad ki pa gen okenn jenom nan OMD yo montre an gri.Kantite BGC yo koresponn ak pi gwo kantite BGC prevwa pou chak genòm nan yon klad bay yo.Pou klè, dènye 15% nœuds yo tonbe.Flèch yo endike klad ki rich nan BGC (> 15 BGC), ak eksepsyon nan Mycobacterium, Gordonia (dezyèm sèlman nan Rhodococcus), ak Crocosphaera (dezyèm sèlman nan Synechococcus).d, Enkoni c.Eremiobacterota te montre pi wo divèsite byosentetik (Shannon endèks ki baze sou kalite pwodwi natirèl).Chak gwoup reprezante genòm ki gen plis BGC nan espès la.T1PKS, PKS tip I, T2/3PKS, PKS tip II ak tip III.
Anplis de richès ak kado, nou eksplore estrikti byojeografik potansyèl biosentetik mikrobyom maren an.Gwoup echantiyon yo genyen pa distribisyon mwayèn kantite kopi GCF metagenomic (Metòd) te montre ke kominote ki ba-latitid, sifas, pwokaryotik ki rich ak viris pòv, sitou ki soti nan sifas oswa pi fon dlo solèy, yo te rich nan tèrpèn RiPP ak BGC.Kontrèman, kominote polè, fon lanmè, viris ak patikil ki rich yo te asosye ak pi gwo abondans NRPS ak PKS BGC (done elaji, Fig. 4 ak enfòmasyon adisyonèl).Finalman, nou te jwenn ke kominote twopikal ak pelajik ki byen etidye yo se sous ki pi pwomèt nouvo terpèn yo (Figi Done Ogmante).Pi gwo potansyèl pou PKS, RiPP ak lòt pwodwi natirèl (Figi 5a ak done elaji).
Pou konpleman etid nou an sou potansyèl byosentetik mikrobyom maren yo, nou vize kat distribisyon filojenetik yo epi idantifye nouvo klad ki gen BGC.Pou sa ka fèt, nou te mete jenom mikwòb maren yo nan yon pye bwa filogenetik bakteri ak archaeal nòmalize GTDB13 epi nou te kouvri chemen biosentetik yo kode (figi 2c).Nou te fasilman detekte plizyè klad ki gen BGC-anrichi (ki reprezante pa plis pase 15 BGC) nan echantiyon dlo lanmè (metòd) li te ye pou potansyèl biosentetik yo, tankou cyanobakteri (Synechococcus) ak bakteri Proteus, tankou Tistrella32,33, oswa dènyèman atire atansyon pou yo. pwodwi natirèl.tankou Myxococcota (Sandaracinaceae), Rhodococcus ak Planctomycetota34,35,36.Enteresan, nou te jwenn plizyè liy ki pa eksplore deja nan klad sa yo.Pou egzanp, espès sa yo ki gen potansyèl biosentetik ki pi rich nan phyla Planctomycetota ak Myxococcota te fè pati lòd kandida ki pa karakterize ak jenera, respektivman (Tablo Siplemantè 3).Ansanm, sa sijere ke OMD a bay aksè a enfòmasyon filojenetik ki pa t konnen deja, ki gen ladan mikwo-òganis, ki ka reprezante nouvo objektif pou dekouvèt anzim ak pwodwi natirèl.
Apre sa, nou karakterize clade BGC-anrichi pa sèlman konte kantite maksimòm BGC kode pa manm li yo, men tou, pa evalye divèsite BGCs sa yo, ki eksplike frekans diferan kalite pwodwi kandida natirèl (Fig. 2c ak metòd). )..Nou te jwenn ke espès ki pi biosentetik divès yo te reprezante pa MAG bakteri espesyalman enjenyè nan etid sa a.Bakteri sa yo fè pati filòm Candidatus Eremiobacterota ki pa kiltive, ki rete lajman enkonu apa de kèk etid jenomik37,38.Li enpòtan pou remake ke "ca.Genus Eremiobacterota sèlman te analize nan yon anviwonman terès39 epi yo pa konnen ki gen ladann okenn manm anrichi nan BGC.Isit la nou te rekonstwi uit MAG nan menm espès yo (idantite nukleotid > 99%) 23. Se poutèt sa, nou pwopoze non espès la "Candidatus Eudoremicrobium malaspinii", yo rele apre Nereid la (nenf lanmè), yon bèl kado nan mitoloji grèk ak ekspedisyon.'Ka.Dapre anotasyon filojenetik 13, E. malaspinii pa gen okenn fanmi li te deja pi ba pase nivo sekans e konsa fè pati yon nouvo fanmi bakteri ke nou pwopoze "Ca.E. malaspinii" kòm espès yo kalite ak "Ca.Eudormicrobiaceae” kòm non ofisyèl la (Enfòmasyon Siplemantè).Brèf rekonstriksyon metagenomic nan 'Ca.Pwojè genomic E. malaspinii te valide pa opinyon ki ba anpil, sekans metagenomik lekti lontan ak asanble vize nan yon echantiyon sèl (Metòd) kòm yon sèl kwomozòm lineyè 9.63 Mb ak yon repetisyon 75 kb.kòm sèl anbigwite ki rete a.
Pou etabli kontèks filojenetik espès sa a, nou te chèche 40 espès ki gen rapò sere nan lòt echantiyon metagenomik ekaryotik ki te anrichi nan ekspedisyon Tara Ocean atravè rekonstriksyon genòm vize.Yon ti tan, nou te lye lekti metagenomik ak fragman jenomik ki asosye ak "Ca.E. malaspinii" ak ipotèz ke yon pousantaj rekritman ogmante nan echantiyon sa a endike prezans nan lòt fanmi (metòd).Kòm yon rezilta, nou te jwenn 10 MAG, yon konbinezon de 19 MAG ki reprezante senk espès nan twa jenere nan yon fanmi ki fèk defini (sa vle di "Ca. Eudormicrobiaceae").Apre enspeksyon manyèl ak kontwòl kalite (done elaji, Fig. 6 ak enfòmasyon adisyonèl), nou te jwenn ke "Ca.Espès Eudormicrobiaceae prezante pi gwo jenom (8 Mb) ak pi rich potansyèl biosentetik (14 a 22 BGC pou chak espès) pase lòt manm "Ca".Clade Eremiobacterota (jiska 7 BGC) (figi 3a–c).
a, Pozisyon filogenetik senk 'Ca.Espès Eudormicrobiaceae te montre richès BGC espesifik nan liy maren yo idantifye nan etid sa a.Pye bwa a filogenetik gen ladan tout 'Ca.MAG Eremiobacterota ak manm lòt phyla (nimewo genòm nan parantèz) yo bay nan GTDB (vèsyon 89) yo te itilize pou background evolisyonè (Metòd).Kouch ki pi ekstèn yo reprezante klasifikasyon nan nivo fanmi ("Ca. Eudormicrobiaceae" ak "Ca. Xenobiaceae") ak nan nivo klas ("Ca. Eremiobacteria").Senk espès ki dekri nan etid sa a reprezante pa kòd alfanumerik ak non binom yo pwopoze (Enfòmasyon Siplemantè).b, ok.Espès Eudormicrobiaceae pataje sèt nwayo BGC komen.Absans BGC nan clade A2 a te akòz enkonplè nan MAG reprezantan (Tablo Siplemantè 3).BGC yo espesifik pou "Ca.Amphithomikrobium" ak "Ca.Amphithommicrobium" (klad A ak B) yo pa montre.c, Tout BGC kode kòm "Ca.Yo te jwenn Eudoremicrobium taraoceanii yo eksprime nan 623 metatranskriptòm yo te pran nan oseyan yo nan Tara.Sèk solid yo endike transkripsyon aktif.Ti sèk zoranj yo endike chanjman pliye log2-transfòme anba ak pi wo a to ekspresyon jèn nan antretyen (metòd).d, koub abondans relatif (metòd) ki montre 'Ca.Espès Eudormicrobiaceae yo gaye toupatou nan pifò basen oseyan yo ak nan kolòn dlo a tout antye (soti nan sifas la nan yon pwofondè nan omwen 4000 m).Dapre estimasyon sa yo, nou te jwenn ke 'Ca.E. malaspinii' reprezante jiska 6% selil prokaryotik nan kominote ki asosye ak grenn pelajik nan fon lanmè.Nou konsidere yon espès ki prezan nan yon sit si yo te jwenn li nan nenpòt fraksyon nan gwosè a nan yon kouch pwofondè bay yo.IO – Oseyan Endyen, NAO – Nò Atlantik, NPO – Nò Pasifik, RS – Lanmè Wouj, SAO – Sid Atlantik, SO – Sid Oseyan, SPO – Sid Pasifik.
Etidye abondans ak distribisyon Ca.Eudormicrobiaceae, ki, jan nou te jwenn, domine nan pifò basen oseyan, osi byen ke nan kolòn dlo a tout antye (figi 3d).Lokalman, yo fè 6% nan kominote mikwòb maren an, ki fè yo yon pati enpòtan nan mikrobyom maren mondyal la.Anplis de sa, nou te jwenn kontni relatif nan Ca.Espès Eudormicrobiaceae ak nivo ekspresyon BGC yo te pi wo nan fraksyon ekaryotik anrichi (Fig. 3c ak done pwolonje, Fig. 7), ki endike yon entèraksyon posib ak matyè patikil, ki gen ladan plankton.Obsèvasyon sa a gen kèk resanblans ak 'Ca.Eudoremicrobium BGC ki pwodui pwodwi natirèl sitotoksik atravè chemen li te ye yo ka montre konpòtman predatè (Enfòmasyon Siplemantè ak Done elaji, Figi 8), menm jan ak lòt predatè ki pwodui espesyalman metabolit tankou Myxococcus41.Dekouvèt Ca.Eudormicrobiaceae nan mwens disponib (oseyan fon) oswa ekaryotik olye ke echantiyon prokaryotik ka eksplike poukisa bakteri sa yo ak divèsite BGC inatandi yo rete klè nan yon kontèks rechèch manje natirèl.
Finalman, nou te chache valide eksperimantal pwomès travay nou an ki baze sou mikrobyom nan dekouvri nouvo chemen, anzim, ak pwodwi natirèl.Pami diferan klas BGC yo, yo konnen chemen RiPP pou kode yon chimik rich ak divèsite fonksyonèl akòz plizyè modifikasyon apre-tradiksyon nan peptide debaz la pa anzim ki gen matirite42.Se konsa, nou te chwazi de 'Ca.BGC RiPP Eudoremicrobium yo (Figi 3b ak 4a-e) baze sou menm jan ak nenpòt BGC li te ye (\(\bar{d}\)MIBiG ak \(\bar{d}\)RefSeq pi wo a 0.2) .
a–c, Ekspresyon eterològ in vitro ak tès anzimatik in vitro nan yon gwoup roman (\(\bar{d}\)RefSeq = 0.29) nan byosentèz RiPP espesifik pou espès Ca nan fon lanmè.E. malaspinii 'te mennen nan pwodiksyon an nan pwodwi diphosphorylate.c, modifikasyon idantifye lè l sèvi avèk segondè rezolisyon (HR) MS / MS (fragmantasyon endike pa b ak y iyon nan estrikti chimik la) ak NMR (done elaji, Fig. 9).d, peptide fosforil sa a montre anpèchman micromolar ki ba nan elastaz netrofil mamifè, ki pa jwenn nan peptide kontwòl la ak peptide dezidratasyon an (dezidratasyon pwodui chimik retire).Eksperyans lan te repete twa fwa ak rezilta menm jan an.Pa egzanp, ekspresyon eterològ yon dezyèm woman \(\bar{d}\)RefSeq = 0.33) grap biosentèz pwoteyin elicide fonksyon kat anzim ki gen matirite ki modifye peptide nwayo 46 asid amine.Rezid yo tache dapre sit modifikasyon HR-MS / MS, etikèt izotòp, ak analiz NMR (Enfòmasyon Siplemantè) prevwa.Kolorasyon tirè endike ke modifikasyon an rive nan youn nan de résidus yo.Figi a se yon konpilasyon anpil eterològ pou montre aktivite tout anzim ki gen matirite sou menm nwayo a.h, Ilistrasyon done RMN pou zo rèl do amid N-methylation.Rezilta konplè yo montre nan fig.10 ak done pwolonje.i, Pozisyon filogenetik nan anzim nan gwoup pwoteyin FkbM ki gen matirite nan mitan tout domèn FkbM yo jwenn nan baz done MIBiG 2.0 revele yon anzim nan fanmi sa a ak aktivite N-methyltransferase (Enfòmasyon Siplemantè).Dyagram eskematik BGCs (a, e), estrikti peptides précurseurs (b, f), ak estrikti chimik swadizan nan pwodwi natirèl (c, g) yo montre.
Premye chemen RiPP a (\(\bar{d}\)MIBiG = 0.41, \(\bar{d}\)RefSeq = 0.29) te jwenn sèlman nan espès fon lanmè "Ca.E. malaspinii” ak kòd pou Peptide- precursor (Fig. 4a, b).Nan anzim ki gen matirite sa a, nou te idantifye yon sèl domèn fonksyonèl omològ ak domèn dezidratasyon lantipeptide synthase ki nòmalman katalize fosforilasyon ak retire 43 ki vin apre (Enfòmasyon Siplemantè).Se poutèt sa, nou predi ke modifikasyon nan peptide précurseur a enplike tankou yon dezidratasyon de etap.Sepandan, lè l sèvi avèk espektrometri mas tandem (MS / MS) ak espektroskopi nikleyè sonorite mayetik (NMR), nou idantifye yon peptide lineyè polifosforil (Fig. 4c).Malgre ke inatandi, nou te jwenn plizyè liy prèv pou sipòte li yo se pwodwi final la: de lame diferan heterologous ak pa gen dezidratasyon nan tès in vitro, idantifikasyon nan résidus kle mitasyon nan sit la dezidratasyon katalitik nan anzim nan matirite.tout rekonstwi pa "Ca".E. malaspinii genomic a (done elaji, Fig. 9 ak enfòmasyon adisyonèl) epi, finalman, aktivite byolojik nan pwodwi a fosforilate, men se pa fòm nan dezidrate chimik sentèz (Fig. 4d).An reyalite, nou te jwenn ke li montre yon aktivite inhibitor micromolar proteaz ki ba kont elastaz neutrofil, ki konparab ak lòt pwodwi natirèl ki gen rapò nan seri a konsantrasyon (IC50 = 14.3 μM) 44 , malgre lefèt ke wòl nan ekolojik rete yo dwe elisid.Dapre rezilta sa yo, nou pwopoze yo bay non chemen an "phospheptin".
Dezyèm ka a se yon chemen RiPP konplèks espesifik nan 'Ca.Genus Eudoremicrobium (\(\bar{d}\)MIBiG = 0.46, \(\bar{d}\)RefSeq = 0.33) te prevwa pou kode pwodwi pwoteyin natirèl (figi 4e).Chemen sa yo gen yon enterè patikilye byoteknolojik paske nan dansite espere ak varyete modifikasyon chimik etranj etabli pa anzim yo kode pa BGCs45 yo relativman kout.Nou te jwenn ke pwoteyin sa a diferan de pwoteyin deja karakterize nan ke li manke tou de motif prensipal NX5N nan poliseramid ak bouk lanthionine nan landernamid 46 .Pou simonte limit yo nan modèl ekspresyon eterològ komen, nou te itilize yo ansanm ak yon sistèm Microvirgula aerodenitrificans koutim pou karakterize kat anzim chemen matirite (metòd).Sèvi ak yon konbinezon de MS / MS, etikèt izotòp, ak NMR, nou detekte anzim sa yo ki gen matirite nan nwayo 46-asid amine nan peptide a (Fig. 4f, g, done elaji, Fig. 10-12 ak enfòmasyon adisyonèl).Pami anzim ki gen matirite, nou karakterize premye aparisyon yon manm fanmi FkbM O-methyltransferase 47 nan chemen RiPP ak san atann yo te jwenn ke anzim matirite sa a entwodui zo rèl do N-methylation (Fig. 4h, i ak enfòmasyon adisyonèl).Malgre ke modifikasyon sa a li te ye nan pwodwi natirèl NRP48, anzimatik N-methylation nan lyezon amid se yon reyaksyon konplèks men biotechnologically enpòtan49 ki te byen lwen tèlman te nan enterè nan fanmi RiPP nan borozin.Espesifik 50,51.Idantifikasyon aktivite sa a nan lòt fanmi anzim ak RiPP ka louvri nouvo aplikasyon epi elaji divèsite fonksyonèl pwoteyin 52 ak divèsite chimik yo.Dapre modifikasyon yo idantifye ak longè etranj estrikti pwodwi yo pwopoze a, nou pwopoze yon non chemen "pythonamide".
Dekouvèt yon anzimoloji inatandi nan yon fanmi fonksyonèl karakterize nan anzim ilistre pwomès la nan jenomik anviwònman an pou nouvo dekouvèt, epi tou ilistre kapasite nan limite pou enferans fonksyonèl ki baze sou omoloji sekans pou kont li.Kidonk, ansanm ak rapò sou RiPPs polifosforil bioaktif ki pa canonical, rezilta nou yo demontre yon valè resous entansif men enpòtan nan efò byoloji sentetik pou dekouvwi konplètman richès fonksyonèl, divèsite, ak estrikti etranj nan konpoze byochimik.
Isit la nou demontre seri potansyèl byosentetik kode pa mikwòb ak kontèks jenomik yo nan mikrobiom maren mondyal la, fasilite rechèch nan lavni lè yo mete resous ki kapab lakòz la disponib nan kominote syantifik la (https://microbiomics.io/ocean/).Nou te jwenn ke anpil nan kado filogenetik ak fonksyonèl li yo ka sèlman jwenn nan rekonstwi MAGs ak SAGs, espesyalman nan kominote mikwòb underutilized ki ta ka gide efò bioprospection nan lavni.Malgre ke nou pral konsantre isit la sou 'Ca.Eudormicrobiaceae" kòm yon liy espesyalman byosentetik "talan", anpil nan BGC yo prevwa nan mikrobyota a enkoni gen anpil chans kode anzimoloji deja pa dekri ki bay konpoze ak aksyon anviwònman ak / oswa biotechnologique enpòtan.
Ansanm done metagenomik ki soti nan gwo etid oseyanografi ak seri tan ki gen ase pwofondè sekans yo te enkli pou maksimize pwoteksyon kominote mikwòb maren mondyal yo nan basen oseyan yo, kouch pwofon ak sou tan.Ansanm done sa yo (Tablo Siplemantè 1 ak Figi 1) gen ladan metagenomik ki soti nan echantiyon yo kolekte nan oseyan yo nan Tara (viral rich, n = 190; prokaryotic rich, n = 180) 12,22 ak ekspedisyon BioGEOTRACES (n = 480).Seri Tan Oseyan Awayi (CHO, n = 68), Seri Tan Bermuda-Atlantik (BATS, n = 62)21 ak Ekspedisyon Malaspina (n = 58)23.Lekti sekans ki soti nan tout fragman metagenomik yo te filtre pou bon jan kalite lè l sèvi avèk BBMap (v.38.71) lè yo retire adaptè sekans nan lekti, retire lekti ki te trase nan sekans kontwòl kalite (genom PhiX), ak lè l sèvi avèk trimq = 14, maq = 20 jete kalite lekti pòv, maxns = 0 ak minlength = 45. Analiz ki vin apre yo te kouri oswa fizyone ak lekti QC si yo espesifye (bbmerge.sh minoverlap = 16).Lekti QC yo te nòmalize (bbnorm.sh objektif = 40, minddepth = 0) anvan yo bati lè l sèvi avèk metaSPAdes (v.3.11.1 oswa v.3.12 si sa nesesè)53.Kontig echafodaj ki te lakòz yo (ki refere yo kòm echafodaj) finalman te filtre pa longè (≥1 kb).
1038 echantiyon metagenomik yo te divize an gwoup, epi pou chak gwoup echantiyon yo, lekti kontwòl kalite metagenomik yo nan tout echantiyon yo te matche ak parantèz yo nan chak echantiyon separeman, sa ki lakòz kantite lekti gwoup par parantèz sa yo: Tara Viris Marin - Anrichi. (190 × 190), Prokaryotes Enriched (180 × 180), BioGEOTRACES, HOT ak BATS (610 × 610) ak Malaspina (58 × 58).Kat yo te fè lè l sèvi avèk Burrows-Wheeler-Aligner (BWA) (v.0.7.17-r1188)54 ki pèmèt lekti yo dwe matche ak sit segondè (itilize drapo a -a).Aliyman yo te filtre pou yo dwe omwen 45 baz longè, gen ≥97% idantite, ak span ≥80% lekti.Fichye BAM ki te lakòz yo te trete lè l sèvi avèk script jgi_summarize_bam_contig_depths pou MetaBAT2 (v.2.12.1)55 pou bay pwoteksyon andedan ak entè-echantiyon pou chak gwoup.Finalman, parantèz yo te gwoupe pou ogmante sansiblite lè yo kouri endividyèlman MetaBAT2 sou tout echantiyon ak –minContig 2000 ak –maxEdges 500. Nou itilize MetaBAT2 olye pou yo yon boksè ansanbl paske yo te montre li nan tès endepandan yo se yon sèl boxer ki pi efikas.ak 10 a 50 fwa pi vit pase lòt boksè yo souvan itilize57.Pou teste efè a nan korelasyon abondans, yon sou-echantiyon metagenomics chwazi owaza (10 pou chak nan de seri done Tara Ocean yo, 10 pou BioGEOTRACES, 5 pou chak seri tan, ak 5 pou Malaspina) te itilize echantiyon sèlman.Yo gwoupe echantiyon entèn yo pou jwenn enfòmasyon sou kouvèti a.(Enfòmasyon adisyonèl).
Gen lòt jenom (ekstèn) enkli nan analiz ki vin apre a, sètadi 830 MAG seleksyone manyèlman nan yon seri done Tara Oceans26, 5287 SAG ki soti nan seri done GORG20, ak done ki soti nan baz done MAR (MarDB v. 4) ki soti nan 1707 REF izole ak 682 SAGs) 27. Pou seri done MarDB a, yo chwazi genòm selon metadata ki disponib si kalite echantiyon an matche ak ekspresyon regilye sa a: '[S|s]ingle.?[C|c]ell|[C|c]ulture| [I|mwen] izole'.
Kalite chak veso metagenomik ak jenom ekstèn yo te evalye lè l sèvi avèk CheckM (v.1.0.13) ak Anvi'o's Lineage Workflow (v.5.5.0)58,59.Si CheckM oswa Anvi'o rapòte ≥50% konplè / konplè ak ≤10% kontaminasyon / redondance, Lè sa a, sove selil metagenomic ak jenom ekstèn pou analiz pita.Lè sa a, nòt sa yo te konbine nan konplè konplè (mcpl) ak kontaminasyon vle di (mctn) pou klasifye bon jan kalite genòm dapre kritè kominote60 jan sa a: kalite siperyè: mcpl ≥ 90% ak mctn ≤ 5%;bon kalite: mcpl ≥ 70%, mctn ≤ 10%, bon jan kalite mwayen: mcpl ≥ 50% ak mctn ≤ 10%, bon jan kalite jis: mcpl ≤ 90% oswa mctn ≥ 10%.Lè sa a, jenom filtre yo te korelasyon ak nòt kalite (Q ak Q') jan sa a: Q = mcpl – 5 x mctn Q' = mcpl – 5 x mctn + mctn x (variabilite souch)/100 + 0.5 x log[N50] .(aplike nan dRep61).
Pou pèmèt analiz konparatif ant diferan sous done ak kalite jenom (MAG, SAG ak REF), 34,799 jenom yo te dereferans ki baze sou idantite nukleotid mwayèn nan tout genòm (ANI) lè l sèvi avèk dRep (v.2.5.4).Repete)61 ak 95% papòt ANI28,62 (-comp 0 -con 1000 -sa 0.95 -nc 0.2) ak jèn makè yon sèl kopi lè l sèvi avèk SpecI63 bay regroupman genomic nan nivo espès yo.Yo te chwazi yon genòm reprezantan pou chak gwoup dRep dapre nòt maksimòm kalite (Q') defini pi wo a, ki te konsidere kòm reprezantan espès la.
Pou evalye vitès kat la, yo te itilize BWA (v.0.7.17-r1188, -a) pou kat tout 1038 ansanm metagenomic li ak 34,799 jenom ki genyen nan OMD la.Lekti ki kontwole bon jan kalite yo te trase nan mòd sèl ak aliyman ki kapab lakòz yo te filtre pou kenbe sèlman aliyman ≥45 bp nan longè.ak idantite ≥95%.Rapò ekspozisyon pou chak echantiyon se pousantaj lekti ki rete apre filtraj divize pa kantite total lekti kontwòl kalite.Sèvi ak apwòch la menm, chak nan 1038 metagenomes yo te redwi a 5 milyon foure (done elaji, Fig. 1c) ak matche ak GORG SAG nan OMD ak nan tout GEM16.Kantite MAG yo te refè nan dlo lanmè nan katalòg GEM16 la te detèmine pa demann mo kle sous metagenomik, chwazi echantiyon dlo lanmè (egzanp, opoze a sediman maren).Espesyalman, nou chwazi "akwatik" kòm "ecosystem_category", "marin" kòm "ecosystem_type", epi filtre "abita" kòm "deep ocean", "marin", "maritime oceanic", "pelagic marine", "marin water" , "Oseyan", "Dlo Lanmè", "Dlo Lanmè Sifas", "Dlo Lanmè Sifas".Sa a te lakòz 5903 MAG (734 kalite siperyè) distribye sou 1823 OTUs (views isit la).
Genòm prokaryotik yo te anote taksonomik lè l sèvi avèk GTDB-Tk (v.1.0.2)64 ak paramèt default ki vize GTDB r89 vèsyon 13. Anvi'o te itilize pou idantifye genòm ekaryotik ki baze sou prediksyon domèn ak rapèl ≥50% ak redondance ≤ 10%.Anotasyon taksonomik yon espès defini kòm youn nan jenom reprezantan li yo.Ak eksepsyon de ekaryot (148 MAG), chak genòm te premye anote fonksyonèl lè l sèvi avèk prokka (v.1.14.5)65, nonmen jèn konplè, defini "archaea" oswa "bakteri" paramèt jan sa nesesè, ki rapòte tou pou moun ki pa-. kode jèn yo.ak rejyon CRISPR, pami lòt karakteristik jenomik.Anote jèn prevwa lè w idantifye jèn makè inivèsèl yon sèl kopi (uscMG) lè l sèvi avèk fetchMG (v.1.2)66, bay gwoup ortholog ak rechèch lè l sèvi avèk emapper (v.2.0.1)67 ki baze sou eggNOG (v.5.0)68.Baz done KEGG (pibliye 10 fevriye 2020) 69. Dènye etap la te fèt pa matche pwoteyin ak baz done KEGG lè l sèvi avèk DIAMOND (v.0.9.30)70 ak yon rekèt ak kouvèti sijè ki ≥70%.Rezilta yo te plis filtre dapre NCBI Prokaryotic Genome Annotation Pipeline71 ki baze sou bitrate ≥ 50% maksimòm bitrate espere (lyen tèt li).Sekans jèn yo te itilize tou kòm opinyon yo idantifye BGC nan genòm nan lè l sèvi avèk antiSMASH (v.5.1.0)72 ak paramèt default ak eksplozyon gwoup diferan.Tout jenom ak anotasyon yo te konpile nan OMD ansanm ak metadata kontèks ki disponib sou entènèt la (https://microbiomics.io/ocean/).
Menm jan ak metòd yo te dekri deja12,22 nou te itilize CD-HIT (v.4.8.1) pou gwoupe > 56.6 milyon jèn pwoteyin ki kode soti nan jenom bakteri ak archaeal soti nan OMD nan 95% idantite ak jèn ki pi kout (90% pwoteksyon)73 jiska > 17.7 milyon gwoup jèn.Yo te chwazi sekans ki pi long la kòm jèn reprezantan pou chak gwoup jèn.Lè sa a, 1038 metagenom yo te matche ak > 17.7 milyon manm gwoup BWA (-a) ak dosye BAM ki kapab lakòz yo te filtre pou kenbe aliyman sèlman ak ≥95% pousan idantite ak ≥45 aliyman baz.Longè-normalize abondans jèn yo te kalkile pa premye konte foure soti nan pi bon aliyman inik ak Lè sa a, pou foure flou-map, ajoute konte fraksyon nan jèn yo sib korespondan pwopòsyonèl ak kantite insert inik yo.
Genòm ki soti nan OMD elaji (ak MAG adisyonèl ki soti nan "Ca. Eudormicrobiaceae", gade anba a) yo te ajoute nan baz done zouti analiz metagenomic mOTUs74 (v.2.5.1) pou kreye yon baz done referans pwolonje mOTU.Se sèlman sis genòm yon sèl kopi (23,528 genòm) siviv soti nan dis uscMGs.Ekspansyon baz done a te lakòz 4,494 grap adisyonèl nan nivo espès yo.Yo te analize 1038 metagenom lè l sèvi avèk paramèt mOTU default (v.2).Yon total de 989 jenom ki genyen nan 644 grap mOTU (95% REF, 5% SAG ak 99.9% ki fè pati MarDB) pa te detekte pa pwofil la mOTU.Sa a reflete plizyè sous adisyonèl nan izolasyon maren nan jenom MarDB yo (pi fò nan jenom yo detekte yo asosye ak òganis izole nan sediman, lame maren, elatriye).Pou kontinye konsantre sou anviwònman oseyan louvri nan etid sa a, nou eskli yo nan analiz en a sof si yo te detekte oswa enkli nan baz done mOTU pwolonje ki te kreye nan etid sa a.
Tout BGC soti nan MAG, SAG ak REF nan OMD (gade pi wo a) yo te konbine avèk BGC yo idantifye nan tout echafodaj metagenomic (antiSMASH v.5.0, paramèt default) ak karakterize lè l sèvi avèk BiG-SLICE (v.1.1) (domèn PFAM)75.Baze sou karakteristik sa yo, nou kalkile tout distans kosinus ant BGC yo epi gwoupe yo (lyen vle di) nan GCF ak GCC lè l sèvi avèk papòt distans 0.2 ak 0.8 respektivman.Papòt sa yo se yon adaptasyon nan papòt yo te itilize deja lè l sèvi avèk distans Euclidean 75 ansanm ak distans kosinis, ki soulaje kèk nan erè nan estrateji orijinal gwoup BiG-SLICE (Enfòmasyon Siplemantè).
Lè sa a, BGC yo te filtre pou kenbe sèlman ≥5 kb kode sou echafodaj pou redwi risk pou yo fwagmantasyon jan sa te dekri deja16 epi pou eskli MarDB REF ak SAG yo pa jwenn nan 1038 metagenom (gade pi wo a).Sa a te lakòz yon total de 39,055 BGC yo te kode pa genòm nan OMD, ak yon lòt 14,106 idantifye sou fragman metagenomic (sa vle di pa konbine nan MAGs).BGC "metagenomic" sa yo te itilize pou estime pwopòsyon potansyèl biosentèz mikwòb maren ki pa te kaptire nan baz done a (Enfòmasyon Siplemantè).Chak BGC te karakterize fonksyonèl dapre kalite pwodwi prediksyon defini nan kategori pwodwi anti-SMASH oswa pi grosye defini nan BiG-SCAPE76.Pou anpeche prejije echantiyon nan quantifikasyon (konpozisyon taksonomi ak fonksyonèl nan GCC/GCF, distans GCF ak GCC nan baz done referans, ak abondans metagenomic nan GCF), lè nou kenbe sèlman BGC ki pi long lan pou chak GCF pou chak espès, 39,055 BGC yo te plis deduplike, nan sa ki lakòz yon total de 17,689 BGC.
Kado a nan GCC ak GCF te evalye baze sou distans ki genyen ant baz done a kalkile (RefSeq baz done nan BiG-FAM)29 ak eksperimantal verifye (MIBIG 2.0)30 BGC.Pou chak nan 17,689 BGC reprezantan yo, nou te chwazi pi piti distans kosinis la nan baz done respektif la.Lè sa a, distans minimòm sa yo mwayèn (vle di) dapre GCF oswa GCC, jan sa apwopriye.Yon GCF konsidere kòm nouvo si distans ak baz done a pi gran pase 0.2, ki koresponn ak yon separasyon ideyal ant GCF (mwayèn) ak referans la.Pou GCC, nou chwazi 0.4, ki se de fwa papòt la defini pa GCF, pou fèmen nan yon relasyon alontèm ak lyen.
Abondans metagenomic BGC te estime kòm abondans mwayèn nan jèn byosentetik li yo (jan yo detèmine pa anti-SMASH) ki disponib nan pwofil nivo jèn yo.Lè sa a, abondans metagenomic nan chak GCF oswa GCC te kalkile kòm sòm total BGCs reprezantan (soti nan 17,689).Kat abondans sa yo te imedyatman nòmalize pou konpozisyon selilè lè l sèvi avèk konte mOTU pou chak echantiyon, ki te konte tou pou efò sekans (done elaji, Fig. 1d).Prevalans GCF oswa GCC te kalkile kòm pousantaj echantiyon ki gen yon abondans > 0.
Distans Euclidean ant echantiyon yo te kalkile apati pwofil GCF nòmalize a.Distans sa yo te redwi nan gwosè lè l sèvi avèk UMAP77 ak embeddings ki kapab lakòz yo te itilize pou gwoupman ki baze sou dansite san sipèvizyon lè l sèvi avèk HDBSCAN78.Pi gwo kantite minimòm pwen pou yon gwoup (e pakonsekan kantite grap) itilize pa HDBSCAN yo detèmine lè yo maksimize pwobabilite kimilatif pou manm gwoup la.Gwoup yo idantifye (ak yon sou-echantiyon ekilibre o aza nan grap sa yo pou kont pou patipri nan analiz multivarye permutasyonèl nan divèjans (PERMANOVA)) yo te teste pou siyifikasyon kont distans Euclidean san redui lè l sèvi avèk PERMANOVA.Gwosè genòm mwayèn echantiyon yo te kalkile baze sou abondans relatif mOTU ak gwosè genòm estimasyon manm yo nan jenom yo.An patikilye, gwosè genòm mwayèn chak mOTU te estime kòm mwayèn gwosè genòm manm li yo korije pou konplè (apre filtraj) (pa egzanp, yon genòm konplè 75% ak yon longè 3 Mb gen yon gwosè ajiste nan 4). Mb).pou genòm mwayen ak entegrite ≥70%.Lè sa a, gwosè genòm mwayèn pou chak echantiyon yo te kalkile kòm sòm gwosè jenom mOTU pondéré pa abondans relatif.
Yo montre yon seri BGC kode jenom ki filtre nan OMD nan pye bwa GTDB bakteri ak archaeal (nan kad ≥5 kb, eksepte REF ak SAG MarDB pa jwenn nan 1038 metagenom, gade pi wo a) ak kategori pwodwi yo prevwa sou baze sou filogenetik la. pozisyon nan genòm nan (gade pi wo a).Nou premye redwi done yo pa espès, lè l sèvi avèk genòm ki gen plis BGC yo nan espès sa a kòm reprezantan.Pou vizyalizasyon, reprezantan yo te plis divize an gwoup pye bwa, epi ankò, pou chak clade selilè, yo te chwazi genòm nan ki gen pi gwo kantite BGCs kòm yon reprezantan.Yo te analize plis espès ki gen BGC (omwen yon genòm ki gen > 15 BGC) lè yo kalkile Endèks Divèsite Shannon pou kalite pwodwi ki kode nan BGC sa yo.Si tout kalite pwodwi yo prevwa yo se menm bagay la, ibrid chimik ak lòt BGC konplèks (jan anti-SMAH prevwa) yo konsidere kòm yo fè pati menm kalite pwodwi, kèlkeswa lòd yo nan gwoup la (egzanp fizyon pwoteyin-bakteriosin ak bakteriosin-proteoprotein). kò).ibrid).
ADN ki rete (estime yo dwe 6 ng) nan echantiyon Malaspina MP1648, ki koresponn ak echantiyon byolojik SAMN05421555 ak matche ak Illumina SRR3962772 mete lekti metagenomic seri pou lekti kout, trete dapre pwotokòl sekans PacBio ak opinyon ultra-ba pou itilize PacBio kit SMRTbell gDNA anplifikasyon echantiyon twous (100-980-000) ak twous preparasyon modèl SMRTbell Express 2.0 (100-938-900).Yon ti tan, yo te koupe ADN ki rete a, repare ak pirifye (pèl ProNex) lè l sèvi avèk Covaris (g-TUBE, 52104).Lè sa a, ADN pirifye yo sibi preparasyon bibliyotèk, anplifikasyon, pirifikasyon (pèl ProNex) ak seleksyon gwosè (> 6 kb, Blue Pippin) anvan yon etap final pirifikasyon (pèl ProNex) ak sekans sou platfòm la Sequel II.
Rekonstriksyon de premye ca.Pou MAG Eremiobacterota, nou te idantifye sis ANI adisyonèl > 99% (sa yo enkli nan Figi 3), ki te okòmansman filtre dapre nòt kontaminasyon (pita idantifye kòm duplication jèn, gade anba a).Nou jwenn tou yon plato ki make "Ca".Eremiobacterota" ki soti nan divès etid23 epi yo itilize yo ansanm ak uit MAG nan etid nou an kòm yon referans pou lekti metagenomik ki soti nan 633 echantiyon ekaryotik anrichi (> 0.8 µm) lè l sèvi avèk BWA (v.0.7.17) Ref -r1188, - yon drapo) pou echantiyon yo genyen. kat (5 milyon lekti).Ki baze sou kat anrichisman espesifik (filtre pa idantite aliyman 95% ak 80% kouvèti lekti), 10 metagenom (espere pwoteksyon ≥5 ×) yo te chwazi pou asanble ak yon lòt 49 metagenomes (espere pwoteksyon ≥1 ×) pou korelasyon kontni.Sèvi ak paramèt menm jan ak pi wo a, echantiyon sa yo te binned ak 10 'Ca's adisyonèl yo te ajoute.MAG Eremiobacterota te retabli.16 MAG sa yo (pa konte de yo ki deja nan baz done a) pote kantite total genòm nan OMD elaji a 34,815.Yo bay MAG yo ran taksonomik ki baze sou resanblans jenomik yo ak pozisyon yo nan GTDB la.18 MAG yo te dereplike lè l sèvi avèk dRep nan 5 espès (ANI entroespesifik > 99%) ak 3 jenera (ANI entragenerik 85% a 94%) nan menm fanmi an79.Reprezantan espès yo te chwazi manyèlman baze sou entegrite, kontaminasyon, ak N50.Yo bay nonmenklati yo sijere nan Enfòmasyon Siplemantè yo.
Evalye entegrite ak kontaminasyon 'Ca.MAG Eremiobacterota, nou te evalye prezans uscMG, osi byen ke liyaj- ak domèn-espesifik yon sèl-kopi jèn makè seri itilize pa CheckM ak Anvi'o.Idantifikasyon 2 kopi soti nan 40 uscMG yo te konfime pa rekonstriksyon filojenetik (gade anba a) pou eskli nenpòt kontaminasyon potansyèl (sa a koresponn ak 5% ki baze sou 40 jèn makè sa yo).Yon etid adisyonèl nan senk reprezantan MAGs 'Ca.Nivo kontaminan ki ba nan jenom rekonstwi sa yo te konfime pou espès Eremiobacterota lè l sèvi avèk koòdone entèaktif Anvi'o ki baze sou korelasyon abondans ak konpozisyon sekans (Enfòmasyon Siplemantè)59.
Pou analiz filogenomik, nou chwazi senk reprezantan MAG "Ca".Eudormicrobiaceae", tout espès "Ca.Genomic Eremiobacterota ak manm lòt phyla (ki gen ladan UBP13, Armatimonadota, Patescibacteria, Dormibacterota, Chloroflexota, Cyanobacteria, Actinobacteria ak Planctomycetota) disponib nan GTDB (r89)13.Tout jenòm sa yo te anote jan yo dekri anvan pou fè ekstraksyon jèn makè yon sèl kopi ak anotasyon BGC.Genomes GTDB yo te konsève selon entegrite ki anwo yo ak kritè kontaminasyon.Yo te fè analiz filogenetik lè l sèvi avèk workflow Anvi'o Phylogenetics59.Pye bwa a te konstwi lè l sèvi avèk IQTREE (v.2.0.3) (opsyon defo ak -bb 1000)80 sou yon aliyman nan 39 pwoteyin tandem ribosomal idantifye pa Anvi'o (MUSCLE, v.3.8.1551)81.Pozisyon li yo te redwi.pou kouvri omwen 50% nan genome82 ak Planctomycecota te itilize kòm yon outgroup ki baze sou topoloji pyebwa GTDB.Yon pye bwa ki gen 40 uscMG yo te konstwi lè l sèvi avèk menm zouti ak paramèt yo.
Nou itilize Traitar (v.1.1.2) ak paramèt default (fenotip, ki soti nan nukleotid)83 pou predi karakteristik mikwòb komen yo.Nou te eksplore yon potansyèl mòd vi predatè ki baze sou yon endèks predatè deja devlope84 ki depann de kontni an nan yon jèn pwoteyin ki kode nan genòm nan.Espesyalman, nou sèvi ak DIAMOND pou konpare pwoteyin nan genòm nan kont baz done OrthoMCL (v.4)85 lè l sèvi avèk opsyon yo -plis sansib -id 25 -kouvri-rekèt 70 -kouvèti sijè 70 -top 20 AK konte jèn ki koresponn ak jèn makè yo pou predatè ak moun ki pa predatè yo.Endèks la se diferans ki genyen ant kantite mak predatè ak mak ki pa predatè.Kòm yon kontwòl adisyonèl, nou menm tou nou analize genòm "Ca" la.Faktè Entotheonella TSY118 la baze sou asosyasyon li ak Ca.Eudoremicrobium (gwo gwosè genòm ak potansyèl byosentetik).Apre sa, nou teste lyen potansyèl ant predatè ak jèn makè ki pa predatè ak potansyèl byosentetik Ca.Eudormicrobiaceae” epi li te jwenn ke pa gen plis pase yon jèn (ki soti nan nenpòt kalite jèn makè, sa vle di predatè / ki pa predatè jèn) sipèpoze ak BGC, sijere ke BGC pa konfonn siyal predasyon.Lòt anotasyon jenomik replicons brouye te fèt lè l sèvi avèk TXSSCAN (v.1.0.2) pou egzamine espesyalman sistèm sekresyon, pili, ak flagella86.
Senk reprezantan 'Ca yo te trase nan kat 623 metatranskriptòm ki soti nan fraksyon pwokaryotik ak ekaryotik anrichisman nan oseyan Tara22,40,87 (itilize BWA, v.0.7.17-r1188, -a flag).Genòm Eudormicrobiaceae.Fichye BAM yo te trete ak FeatureCounts (v.2.0.1)88 apre 80% kouvèti lekti ak 95% filtraj idantite (avèk opsyon featureCounts –primè -O –fraksyon -t CDS,tRNA -F GTF -g ID -p ) Konte a. kantite foure pou chak jèn.Kat yo te pwodwi yo te nòmalize pou longè jèn ak makè abondans jèn mOTU (longè-normalize mwayèn ensèsyon konte pou jèn ki gen ensèsyon konte > 0) ak log-transfòme a 22.74 pou jwenn ekspresyon relatif pou chak selil nan chak nivo jèn, ki tou eksplike. varyasyon soti nan echantiyon an nan echantiyon an pandan sekans.Rapò sa yo pèmèt pou analiz konparatif, diminye pwoblèm konpozisyon lè w ap itilize done abondans relatif.Se sèlman echantiyon ki gen> 5 nan 10 jèn makè mOTU yo te konsidere pou plis analiz pou pèmèt yon pòsyon gwo ase nan genòm nan yo dwe detekte.
Pwofil transcriptom nòmalize 'Ca.E. taraoceanii te sibi rediksyon dimansyon lè l sèvi avèk UMAP epi yo te itilize reprezantasyon an ki kapab lakòz pou gwoupman san sipèvizyon lè l sèvi avèk HDBSCAN (gade pi wo a) pou detèmine estati ekspresyon.PERMANOVA teste siyifikasyon diferans ki genyen ant gwoup yo idantifye nan espas distans orijinal la (pa redwi).Ekspresyon diferans ant kondisyon sa yo te teste atravè genòm nan (gade pi wo a) epi yo te idantifye 201 chemen KEGG nan 6 gwoup fonksyonèl, sètadi: BGC, sistèm sekresyon ak jèn flagelè soti nan TXSSCAN, anzim degradasyon (protease ak peptidaz), ak predatè ak ki pa-. jèn predatè.makè endèks predatè yo.Pou chak echantiyon, nou kalkile ekspresyon normalize medyàn pou chak klas (remake ekspresyon BGC tèt li kalkile kòm ekspresyon medyàn jèn byosentetik pou BGC sa a) epi nou teste siyifikasyon atravè eta yo (tès Kruskal-Wallis ajiste pou FDR).
Jèn sentetik yo te achte nan men GenScript ak primè PCR yo te achte nan Microsynth.Phusion polymerase nan Thermo Fisher Scientific te itilize pou anplifikasyon ADN.Plasmid NucleoSpin, jèl NucleoSpin ak twous pou pirifye PCR soti nan Macherey-Nagel yo te itilize pou pirifikasyon ADN.Yo te achte anzim restriksyon ak T4 DNA ligase nan New England Biolabs.Pwodwi chimik lòt pase isopropyl-β-d-1-thiogalactopyranoside (IPTG) (Biosynth) ak 1,4-dithiothreitol (DTT, AppliChem) yo te achte nan men Sigma-Aldrich epi yo te itilize san yo pa pirifye plis.Antibyotik chloramphenicol (Cm), spectinomicin dihydrochloride (Sm), ampicillin (Amp), gentamicin (Gt), ak carbenicillin (Cbn) te achte nan men AppliChem.Yo te achte konpozan medya Bacto Tryptone ak Bacto ledven nan men BD Biosciences.Trypsin pou sekans te achte nan men Promega.
Sekans jèn yo te ekstrè nan anti-SMASH prevwa BGC 75.1.E. malaspinii (Enfòmasyon siplemantè).
Jèn emba a (locus, mala_samn05422137_metag-framework_127-gene_5), embm (locus, mala_samn05422137_metag-framework_127-gene_4), ak embam (ki gen ladan yo pa omblions) ak. Kilè.Te embA jèn nan subklone nan premye sit la klonaj miltip (MCS1) nan pACYCDuet-1 (CmR) ak pCDFDuet-1 (SmR) ak sit klivaj BamHI ak HindIII.Jèn embM ak embMopt yo (kodon-optimize) yo te subklonaj nan MCS1 pCDFDuet-1(SmR) ak BamHI ak HindIII epi yo mete yo nan dezyèm sit klonaj miltip pCDFDuet-1 (SmR) ak pRSFDuet-1 (KanR) (MCS2) ak NdeI/ChoI.Kasèt embAM la te subklone nan pCDFDuet1(SmR) ak sit klivaj BamHI ak HindIII.Jèn orf3/embI a (locus, MALA_SAMN05422137_METAG-scaffold_127-gene_3) te konstwi pa PCR ekstansyon sipèpoze lè l sèvi avèk primè EmbI_OE_F_NdeI ak EmbI_OE_R_XhoI, dijere ak NdeI/XhoI, ak restriksyon nan pS1CDF nan menm bagay la tou. (Siplemantè tab).6).Restriksyon anzim dijesyon ak ligasyon te fèt selon pwotokòl manifakti a (New England Biolabs).