304 Зэвэрдэггүй ган гагнасан ороомог хоолой / хоолойн zhemical zomponent, Дэлхийн далайн микробиомын биосинтетик потенциал

Nature.com сайтаар зочилсонд баярлалаа.Та хязгаарлагдмал CSS дэмжлэгтэй хөтчийн хувилбарыг ашиглаж байна.Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer-д нийцтэй байдлын горимыг идэвхгүй болгох).Нэмж дурдахад, байнгын дэмжлэгийг хангахын тулд бид сайтыг хэв маяг, JavaScript-гүй харуулж байна.
Слайд бүрт гурван өгүүллийг харуулсан слайдерууд.Слайдуудын дундуур шилжихийн тулд буцах болон дараагийн товчлууруудыг, слайд бүрээр шилжихийн тулд төгсгөлд байрлах слайд хянагчийн товчлууруудыг ашиглана уу.

Бүтээгдэхүүний нарийвчилсан тайлбар

304 Зэвэрдэггүй ган гагнасан ороомог хоолой /хоолой
1. Үзүүлэлт: Зэвэрдэггүй ган ороомог хоолой / хоолой
2. Төрөл: гагнасан эсвэл үл үзэгдэх
3. Стандарт: ASTM A269, ASTM A249
4. Зэвэрдэггүй ган ороомог хоолойн OD: 6мм-ээс 25.4мм хүртэл
5. Урт: 600-3500MM буюу хэрэглэгчийн шаардлагын дагуу.
6. Ханын зузаан: 0.2мм-ээс 2.0мм.

7. Хүлцэл: OD: +/-0.01мм;Зузаан: +/-0.01%.

8. Ороомгийн дотоод нүхний хэмжээ: 500MM-1500MM (Хэрэглэгчийн шаардлагын дагуу тохируулах боломжтой)

9. Ороомог өндөр: 200MM-400MM (хэрэглэгчийн шаардлагын дагуу тохируулах боломжтой)

10. Гадаргуу: Гялалзсан эсвэл бүрсэн
11. Материал: 304, 304L, 316L, 321, 301, 201, 202, 409, 430, 410, хайлш 625, 825, 2205, 2507 гэх мэт.
12. Сав баглаа боодол: нэхмэл уут модон хайрцаг, модон тавиур, модон босоо ам, эсвэл хэрэглэгчийн шаардлагын дагуу
13. Туршилт: химийн бүрэлдэхүүн хэсэг, уналтын бат бэх, суналтын бат бэх, хатуулгийн хэмжилт
14. Баталгаа: Гуравдагч этгээдийн (жишээ нь:SGS TV) шалгалт гэх мэт.
15. Хэрэглээ: Чимэглэл, тавилга, тос тээвэрлэх, дулаан солилцуур, хашлага хийх, цаас хийх, автомашин, хүнсний үйлдвэрлэл, эмнэлгийн гэх мэт.

Байгалийн бичил биетний бүлгүүд нь филогенетик болон бодисын солилцооны хувьд олон янз байдаг.Энэхүү олон янз байдал нь дутуу судлагдаагүй бүлгүүдээс гадна экологи болон биотехнологийн ач холбогдолтой фермент, биохимийн нэгдлүүдийг2,3 илрүүлэх баялаг нөөцтэй.Гэсэн хэдий ч ийм нэгдлүүдийг нэгтгэж, тэдгээрийг тус тусын эзэнтэй холбодог геномын замыг тодорхойлохын тулд энэхүү олон янз байдлыг судлах нь бэрхшээлтэй хэвээр байна.Дэлхий даяар геномын нарийвчлалын мэдээлэлд дүн шинжилгээ хийх хязгаарлалттай тул задгай далай дахь бичил биетний биосинтезийн чадавхи нь тодорхойгүй хэвээр байна.Энд бид 1000 гаруй далайн усны дээжээс 25,000 гаруй шинээр сэргээн босгосон ноорог геномтой өсгөвөрлөсөн эс болон нэг эсээс авсан 10,000 орчим бичил биетний геномыг нэгтгэх замаар далай дахь биосинтетик генийн кластеруудын олон талт байдал, олон янз байдлыг судлах болно.Эдгээр хүчин чармайлтаар 40,000 орчим шинэ биосинтетик генийн кластеруудыг илрүүлсэн бөгөөд тэдгээрийн зарим нь урьд өмнө сэжиглэгдэж байгаагүй филогенетик бүлгүүдээс олдсон байна.Эдгээр популяцид бид биосинтетик генийн кластераар баяжуулсан удам угсааг ("Candidatus Eudormicrobiaceae") тодорхойлсон бөгөөд энэ нь таримал нянгийн бүлэгт хамаарах ба энэ орчинд биосинтетикийн хувьд хамгийн олон янзын бичил биетүүдийг агуулсан байдаг.Эдгээрээс бид фосфатаза-пептид ба питонамидын замыг тодорхойлж, ер бусын биоидэвхтэй нэгдлийн бүтэц, энзимологийн тохиолдлуудыг тодорхойлсон.Эцэст нь хэлэхэд, энэхүү судалгаа нь бичил биетэнд суурилсан стратеги нь урьд өмнө тодорхойлогдоогүй ферментүүд болон байгалийн гаралтай хүнсний бүтээгдэхүүнийг сайн ойлгогдоогүй микробиот болон хүрээлэн буй орчинд хэрхэн судлах боломжийг олгодог болохыг харуулж байна.
Микробууд дэлхийн биогеохимийн мөчлөгийг удирдаж, хүнсний сүлжээг хадгалж, ургамал, амьтдыг эрүүл байлгадаг5.Тэдний асар их филогенетик, бодисын солилцоо, функциональ олон янз байдал нь шинэ такса1, фермент, биохимийн нэгдлүүдийг, тэр дундаа байгалийн гаралтай бүтээгдэхүүнийг нээн илрүүлэх баялаг боломж юм.Экологийн бүлгүүдэд эдгээр молекулууд нь харилцаа холбоо, өрсөлдөөнөөс эхлээд физиологийн болон экологийн олон төрлийн функц бүхий бичил биетүүдийг хангадаг 2, 7 .Эдгээр байгалийн гаралтай бүтээгдэхүүнүүд болон тэдгээрийн генетикийн кодлогдсон үйлдвэрлэлийн замууд нь анхны үүргээс гадна биотехнологийн болон эмчилгээний хэрэглээний жишээг өгдөг2,3.Өсгөвөрлөсөн микробуудыг судлах замаар ийм зам, холболтыг тодорхойлоход ихээхэн тус дөхөм болсон.Гэсэн хэдий ч байгалийн орчны ангилал зүйн судалгаагаар бичил биетний дийлэнх хэсэг нь тариалагдаагүй байгааг харуулж байна8.Энэхүү соёлын гажуудал нь бидний олон микробоор кодлогдсон функциональ олон янз байдлыг ашиглах чадварыг хязгаарладаг4,9.
Эдгээр хязгаарлалтыг даван туулахын тулд сүүлийн 10 жилийн технологийн дэвшил нь судлаачдад микробын ДНХ-ийн хэсгүүдийг бүхэл бүтэн бүлгээс (метогеномик) эсвэл нэг эсээс шууд (өөрөөр хэлбэл, урьд нь өсгөвөрлөхгүйгээр) дараалалд оруулах боломжийг олгосон.Эдгээр хэсгүүдийг геномын том хэсгүүдэд нэгтгэж, олон метагеномоор угсарсан геномууд (MAGs) эсвэл дан олшруулсан геномуудыг (SAGs) дахин бүтээх чадвар нь микробиомын (өөрөөр хэлбэл бичил биетний бүлгэмдэл ба микробиомын) таксоцентрик судалгаанд чухал боломжийг нээж өгдөг.шинэ зам тавих.тухайн орчинд өөрийн генетикийн материал) 10,11,12.Үнэн хэрэгтээ сүүлийн үеийн судалгаанууд дэлхий дээрх бичил биетний олон янз байдлын филогенетик дүрслэлийг ихээхэн өргөжүүлсэн1, 13 ба өмнө нь өсгөвөрлөсөн бичил биетний лавлагаа геномын дараалалд (REFs) хамрагдаагүй байсан бичил биетний бүлгүүдийн үйл ажиллагааны олон янз байдлын ихэнхийг илрүүлсэн.Илрээгүй функциональ олон янз байдлыг эзэн геномын контекст (өөрөөр хэлбэл геномын нягтрал) байрлуулах чадвар нь байгалийн шинэ бүтээгдэхүүнийг кодлодог 15,16 хараахан тодорхойгүй бичил биетний шугамыг урьдчилан таамаглахад чухал ач холбогдолтой юм.Жишээлбэл, метагеномик ба нэг эсийн геномын шинжилгээний хосолсон арга нь бодисын солилцооны хувьд баялаг хөвөнтэй холбоотой нянгийн бүлэг болох Candidatus Entotheonella-г олон төрлийн эмийн потенциал үйлдвэрлэгч болохыг тодорхойлоход хүргэсэн18.Гэсэн хэдий ч сүүлийн үед янз бүрийн бичил биетний бүлгүүдийн геномын судалгаа хийх оролдлого хийсэн ч16,19 дэлхийн хамгийн том экосистемийн далай16,20-ын дэлхийн метагеномын мэдээллийн гуравны хоёроос илүү нь дутуу хэвээр байна.Тиймээс, далайн микробиомын биосинтезийн чадавхи, түүний шинэ ферментийн болон байгалийн гаралтай бүтээгдэхүүний агуулах болох нь ерөнхийдөө дутуу судлагдаагүй хэвээр байна.
Далайн микробиомын биосинтезийн чадавхийг дэлхийн хэмжээнд судлахын тулд бид эхлээд соёлоос хамааралтай болон соёлын бус аргуудыг ашиглан олж авсан далайн микробын геномуудыг нэгтгэн филогенетик ба генийн үйл ажиллагааны өргөн хүрээний мэдээллийн санг бий болгосон.Энэхүү мэдээллийн санг шалгаж үзэхэд олон төрлийн биосинтетик генийн кластерууд (BGCs) илэрсэн бөгөөд тэдгээрийн ихэнх нь хараахан тодорхойлогдоогүй генийн кластер (GCF) гэр бүлд хамаардаг.Нэмж дурдахад, бид өнөөг хүртэл задгай далайд хамгийн олон төрлийн BGC-ийг харуулдаг үл мэдэгдэх бактерийн гэр бүлийг олж тогтоосон.Бид рибосомын синтез болон орчуулгын дараах өөрчлөгдсөн пептидийн (RiPP) хоёр замыг одоогийн мэдэгдэж байгаа замуудаас генетикийн ялгаан дээр үндэслэн туршилтын баталгаажуулалтыг сонгосон.Эдгээр замуудын функциональ шинж чанар нь энзимологийн гэнэтийн жишээнүүд болон протеазыг дарангуйлах үйл ажиллагаа бүхий бүтцийн хувьд ер бусын нэгдлүүдийг илрүүлсэн.
Эхлээд бид геномын шинжилгээ хийх дэлхийн мэдээллийн нөөцийг бий болгохыг зорьж, түүний бактерийн болон архелийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд анхаарлаа хандуулсан.Үүний тулд бид дэлхийн хэмжээнд тархсан түүвэрлэлтийн 215 цэг (өргөргийн хүрээ = 141.6°) болон хэд хэдэн гүн давхаргын (1-ээс 5600 м-ийн гүнд, пелагик, мезопелаг, гүний бүсийг хамарсан) метагеномын өгөгдөл, далайн усны 1038 дээжийг нэгтгэсэн.Суурь мэдээлэл21,22,23 (Зураг 1а, өргөтгөсөн өгөгдөл, Зураг 1а ба Нэмэлт хүснэгт 1).Эдгээр сонгон шүүсэн дээжүүд нь газарзүйн өргөн хүрээг хамрахаас гадна вирусаар баялаг (<0.2 μm), прокариотоор баялаг (0.2–3 μм), тоосонцороор баялаг (0.8 μм) зэрэг далайн микробиомын янз бүрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг харьцуулах боломжийг бидэнд олгосон. ).–20 μм) ба вирусын хомсдолтой (>0.2 мкм) колони.
a, Дэлхий даяар тархсан 215 байршлаас (62°С-79°Н, 179°Ө-179°Д.)-аас цуглуулсан далайн бичил биетний бүлгүүдийн нийт 1038 олон нийтэд нээлттэй геном (метогеномик).Газрын зургийн хавтан © Esri.Эх сурвалж: GEBCO, NOAA, CHS, OSU, UNH, CSUMB, National Geographic, DeLorme, NAVTEQ, Esri.b, эдгээр метагеномуудыг өгөгдлийн багцад (өнгөт тэмдэглэсэн) тоо хэмжээ, чанарын хувьд (арга) ялгаатай MAG (арга ба нэмэлт мэдээлэл) -ийг сэргээхэд ашигласан.Сэргээгдсэн MAG-ууд нь гар хийцийн MAG26, SAG27, REF зэрэг олон нийтэд нээлттэй (гадаад) геномуудаар нэмэгдэв.27 OMD эмхэтгэх.c, зөвхөн SAG (GORG)20 эсвэл MAG (GEM)16-д үндэслэсэн өмнөх тайлантай харьцуулахад OMD нь далайн бичил биетний бүлгүүдийн геномын шинж чанарыг (метогеномик унших зураглалын түвшин; арга) 2-3 дахин сайжруулж, илүү гүнзгийрүүлэн харуулсан бөгөөд өргөрөг..<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-ийг зүйлийн кластерт бүлэглэх түвшин (нуклеотидын 95% дундаж) нь нийт Ойролцоогоор 8300 зүйл, тэдгээрийн талаас илүү хувь нь GTDB (хувилбар 89)-ийг ашиглан ангиллын тэмдэглэгээний дагуу тодорхойлогдоогүй e, төрөл зүйлийн геномын төрлөөр ангилснаар MAG, SAG, REFs нь филогенетик олон янз байдлыг тусгахдаа бие биенээ сайн нөхдөг болохыг харуулсан. далайн микробиом.Тодруулбал, 55%, 26%, 11% нь MAG, SAG, REF-ийн онцлогтой байсан.BATS, Бермудын Атлантын цагийн цуврал;GEM, дэлхийн микробиомын геномууд;GORG, дэлхийн далайн лавлагаа геном;HOT, Хавайн далайн цагийн цуврал.
Энэхүү өгөгдлийн багцыг ашиглан бид нийт 26,293 MAG-ийг сэргээн босгосон бөгөөд гол төлөв бактерийн болон архелийн шинж чанартай (Зураг 1б, өргөтгөсөн өгөгдөл, Зураг 1б).Бид өөр өөр байршил эсвэл цаг хугацааны (арга) дээжүүдийн хоорондын байгалийн дарааллын хэлбэлзэл нурахаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд эдгээр MAG-уудыг нэгтгэсэн метагеномик дээжээс бус тусдаа цуглуулгаас бүтээсэн.Нэмж дурдахад бид геномын хэсгүүдийг олон тооны дээжийн тархалтын хамааралд үндэслэн бүлэглэсэн (судалгаанаас хамааран 58-610 дээж; арга).Энэ нь цаг хугацаа шаардсан боловч чухал алхам24 гэдгийг бид олж мэдсэн бөгөөд энэ нь хэд хэдэн томоохон хэмжээний MAG16, 19, 25 сэргээн босголтын ажилд алгасч, тоо хэмжээ (дунджаар 2.7 дахин) болон чанарыг (дунджаар +20%) мэдэгдэхүйц сайжруулсан. геном.энд судлагдсан далайн метагеномоос сэргээн босгосон (өргөтгөсөн өгөгдөл, Зураг 2а болон нэмэлт мэдээлэл).Ерөнхийдөө эдгээр хүчин чармайлтын үр дүнд далайн бичил биетний MAG-ийг 4.5 дахин (зөвхөн өндөр чанартай MAG-ыг авч үзвэл 6 дахин) одоогийн байгаа хамгийн өргөн хүрээтэй MAG нөөцтэй харьцуулахад 4.5 дахин нэмэгдсэн16 (арга).Энэхүү шинээр бүтээгдсэн MAG иж бүрдлийг гар аргаар сонгосон 830 MAG26, 5969 SAG27, 1707 REF-тэй хослуулсан.Хорин долоон зүйлийн далайн нян ба архей нь 34,799 геномын цуглуулгыг бүрдүүлдэг (Зураг 1b).
Дараа нь бид далайн бичил биетний бүлгүүдийг төлөөлөх чадварыг сайжруулах, янз бүрийн геномын төрлийг нэгтгэх үр нөлөөг үнэлэх зорилгоор шинээр бий болгосон нөөцийг үнэлэв.Дунджаар энэ нь далайн метагеномын өгөгдлийн ойролцоогоор 40-60%-ийг хамарч байгааг бид олж мэдсэн (Зураг 1c) Энэ нь гүн болон өргөргийн аль алинд нь зөвхөн MAG-ийн өмнөх тайлангуудаас 2-3 дахин илүү сериал 16 эсвэл SAG20-ыг хамарсан байна.Нэмж дурдахад, тогтсон цуглуулгууд дахь ангилал зүйн олон янз байдлыг системтэйгээр хэмжихийн тулд бид Геномын ангилал зүйн мэдээллийн сангийн (GTDB) хэрэглүүрийг (арга) ашиглан бүх геномыг тэмдэглэж, геномын өргөн хүрээний нуклеотидын идентификаторыг дунджаар 95% ашигласан.28 8304 зүйлийн кластер (зүйл)-ийг тодорхойлох.Эдгээр зүйлийн гуравны хоёр нь (шинэ ангируудыг оруулаад) өмнө нь ГТБХБ-д гарч ирээгүй бөгөөд үүнээс 2790 нь энэхүү судалгаанд сэргээн босгосон MAG ашиглан нээсэн байна (Зураг 1d).Нэмж дурдахад бид янз бүрийн төрлийн геномууд нь бие биенээ маш ихээр нөхдөг болохыг олж мэдсэн: зүйлийн 55%, 26%, 11% нь бүхэлдээ MAG, SAG, REF-ээс бүрддэг (Зураг 1e).Нэмж дурдахад, MAG нь усны баганад олдсон бүх 49 төрлийг хамарсан бол SAG болон REF нь зөвхөн 18 ба 11 төрлийг төлөөлдөг.Гэсэн хэдий ч SAG нь Pelagic Baceriales (SAR11) зэрэг хамгийн түгээмэл бүлгүүдийн олон янз байдлыг (өргөжүүлсэн өгөгдөл, Зураг 3a) илүү сайн илэрхийлдэг бөгөөд SAG нь бараг 1300 зүйл, MAG нь зөвхөн 390 зүйлийг хамардаг.REF нь зүйлийн түвшинд MAG эсвэл SAG-тай давхцах нь ховор бөгөөд энд судлагдсан задгай далайн метагеномик багцад олдоогүй 1000 орчим геномын >95%-ийг төлөөлдөг нь гол төлөв бусад төрлийн тусгаарлагдсан далайн дээжүүд (жишээ нь, хурдас)-тай харилцан үйлчлэлцсэнтэй холбоотой. .эсвэл хост-холбоо).Шинжлэх ухааны олон нийтийн хүртээмжтэй болгохын тулд далайн геномын нөөцийг ангилаагүй хэсгүүд (жишээ нь: урьдчилан таамагласан фагууд, геномын арлууд, геномын хэлтэрхийнүүд, MAG-ийн сэргээн босголтод хангалттай мэдээлэл байхгүй) багтаасан ангилал зүйн мэдээлэлтэй харьцуулж болно. .Далайн микробиологийн мэдээллийн сан (OMD; https://microbiomics.io/ocean/) дахь генийн функц болон контекст параметрүүдийн хамт тайлбарт хандах.
Дараа нь бид далайн задгай микробиом дахь биосинтетик потенциалын баялаг, шинэлэг байдлыг судлахаар зорьсон.Үүний тулд бид эхлээд нийт 39,055 BGC-ийг таамаглахын тулд далайн 1038 метагеном (арга) олдсон бүх MAG, SAG, REF-д antiSMASH-ийг ашигласан.Дараа нь бид эдгээрийг 6907 илүүдэлгүй GCF болон 151 генийн кластер популяци (GCC; Нэмэлт хүснэгт 2 ба аргууд) болгон бүлэглэж, төрөлхийн илүүдэл (өөрөөр хэлбэл ижил BGC-ийг олон геномоор кодлож болно) болон метагеномын өгөгдлийг төвлөрсөн BGC-ийн хуваагдлыг харгалзан үзсэн.Бүрэн бус БГК-ууд (Нэмэлт мэдээлэл) тохиолдлын 44% ба 86% -д дор хаяж нэг бүрэн бүтэн БГК-ийн гишүүнийг агуулсан GCF болон GCC-ийн тоо мэдэгдэхүйц нэмэгдээгүй (Нэмэлт мэдээлэл).
GCC түвшинд бид урьдчилан таамагласан олон төрлийн RiPPs болон бусад байгалийн гаралтай бүтээгдэхүүнийг олсон (Зураг 2a).Тухайлбал, арилполиен, каротиноид, эктоин, сидерофорууд нь филогенетикийн өргөн тархалттай, далай тэнгисийн метагеномын элбэг дэлбэг GCC-д хамаарах бөгөөд энэ нь бичил биетүүд далайн орчинд өргөн дасан зохицох, тэр дундаа реактив хүчилтөрөгчийн төрөл зүйлд тэсвэртэй болохыг илтгэж болно. исэлдэлтийн болон осмосын стресс..эсвэл төмрийн шингээлт (дэлгэрэнгүй мэдээлэл).Энэхүү функциональ олон янз байдал нь NCBI RefSeq мэдээллийн санд (BiG-FAM/RefSeq, цаашид RefSeq гэх)29 хадгалагдсан 190,000 орчим геномын дунд хийсэн саяхны шинжилгээнээс рибосомын бус Синтетазын пептид (NR поликет) болон поликет синтетаза синтетазын геномын 1.2 сая орчим BGC-ийн шинжилгээнээс ялгаатай. (PKS) BGCs (Нэмэлт мэдээлэл).Мөн бид зөвхөн ямар ч RefSeq BGC (\(\bar{d}\)RefSeq > 0.4; Зураг 2a ба аргууд)-тай хол холбоотой 44 (29%) GCC болон зөвхөн MAG-аас 53 (35%) GCC-ийг олсон нь боломжит байдлыг онцолсон. OMD-д өмнө нь тодорхойлогдоогүй химийн бодисуудыг илрүүлэх.Эдгээр GCC тус бүр нь маш олон янзын биосинтетик функцийг төлөөлдөг болохыг харгалзан бид ижил төстэй байгалийн гаралтай бүтээгдэхүүнийг кодлохоор таамагласан BGC-ийн илүү нарийвчилсан бүлэглэлийг гаргахын тулд GCF түвшинд өгөгдөлд дүн шинжилгээ хийсэн.Нийт 3861 (56%) тодорхойлсон GCF нь RefSeq-тай давхцаагүй бөгөөд GCF-ийн >97% нь туршилтаар баталгаажуулсан BGC-ийн хамгийн том мэдээллийн сангийн нэг болох MIBiG-д байхгүй байна (Зураг 2b).Лавлагаа геномоор сайн илэрхийлэгдээгүй орчинд олон шинэ боломжит замуудыг олж илрүүлэх нь гайхмаар зүйл биш боловч харьцуулалт хийхээс өмнө BGC-ийг GCF-д хуваах арга нь өмнөх тайлангаас ялгаатай 16 бөгөөд шинэлэг байдлын талаар шударга үнэлэлт өгөх боломжийг бидэнд олгодог.Шинэ төрөл зүйлийн ихэнх нь (3012 GCF буюу 78%) нь урьдчилан таамагласан терпен, RiPP эсвэл бусад байгалийн гаралтай бүтээгдэхүүнтэй тохирч байгаа бөгөөд ихэнх нь (1815 GCF буюу 47%) нь биосинтезийн чадавхийн улмаас үл мэдэгдэх төрлөөр кодлогдсон байдаг.PKS болон NRPS кластеруудаас ялгаатай нь эдгээр авсаархан BGC-ууд нь метагеномик угсралтын үед хуваагдах магадлал багатай байдаг 31 бөгөөд тэдний бүтээгдэхүүний илүү их цаг хугацаа, нөөц их шаарддаг функциональ шинж чанарыг тодорхойлох боломжийг олгодог.
Нийт 39,055 БГК-ийг 6,907 GCF, 151 GCC гэж бүлэглэсэн.a, өгөгдлийн төлөөлөл (дотоод гадаад).GCC дээр суурилсан BGC зайн шаталсан кластер, 53-ыг нь зөвхөн MAG тогтоодог.GCC нь өөр өөр таксон (ln-өөрчлөгдсөн хаалганы давтамж) болон өөр BGC ангиллын (тойргийн хэмжээ нь түүний давтамжтай тохирч байна) BGC-уудыг агуулдаг.GCC бүрийн хувьд гаднах давхарга нь BGC-ийн тоо, тархалт (дээжийн хувь), зай (хамгийн бага BGC косинусын зай (min(dMIBiG))) BiG-FAM-аас BGC хүртэлх зайг илэрхийлнэ.Туршилтаар баталгаажуулсан BGC (MIBiG)-тай нягт холбоотой BGC-тэй GCC-уудыг сумаар тодруулсан.b GCF-ийг урьдчилан таамагласан (BiG-FAM) болон туршилтаар баталгаажуулсан (MIBiG) BGC-тэй харьцуулж үзэхэд 3861 шинэ (d–>0.2) GCF олдсон.Эдгээрийн ихэнх нь (78%) RiPP, терпен болон бусад байгалийн гаралтай бүтээгдэхүүнийг кодлодог.в, 1038 далайн метагеномоос олдсон OMD-ийн бүх геномуудыг GTDB-ийн үндсэн модонд байрлуулсан бөгөөд OMD-ийн филогенетик хамрах хүрээг харуулсан.OMD-д ямар ч геномгүй бүрээсийг саарал өнгөөр ​​харуулсан.BGC-ийн тоо нь тухайн бүлэгт геномд ногдох таамагласан хамгийн олон тооны BGC-тэй тохирч байна.Тодорхой болгохын тулд зангилааны сүүлийн 15% нь нурсан байна.Сумнууд нь микобактериум, Гордониа (зөвхөн Rhodococcus-ийн дараа), Crocosphaera (Synechococcus-ийн дараа)-аас бусад нь BGC (>15 BGC)-ээр баялаг сортуудыг заадаг.г, үл мэдэгдэх c.Eremiobacterota нь биосинтезийн хамгийн олон янз байдлыг харуулсан (байгалийн бүтээгдэхүүний төрөлд суурилсан Шеннон индекс).Хамтлаг бүр нь тухайн зүйлийн хамгийн олон BGC-тэй геномыг төлөөлдөг.T1PKS, PKS төрөл I, T2/3PKS, PKS төрөл II ба III төрөл.
Бид баялаг, шинэлэг байдлаас гадна далайн микробиомын биосинтетик чадавхийн биогеографийн бүтцийг судалж байна.Дээжийг метагеномын GCF хуулбарын тоогоор дундаж тархалтаар (арга) бүлэглэх нь бага өргөрөг, гадаргын, прокариотоор баялаг, вирусээр баялаг бүлгэмдэл, гол төлөв гадаргын болон нарны тусгалын гүний уснаас RiPP болон BGC терпенээр баялаг болохыг харуулсан.Үүний эсрэгээр туйл, далайн гүн, вирус, тоосонцороор баялаг бүлгүүд нь NRPS болон PKS BGC-ийн элбэг дэлбэг байдалтай холбоотой байв (өргөтгөсөн өгөгдөл, Зураг 4 болон нэмэлт мэдээлэл).Эцэст нь бид маш сайн судлагдсан халуун орны болон пелагикийн бүлгүүд шинэ терпенүүдийн хамгийн ирээдүйтэй эх үүсвэр болохыг олж мэдсэн (Өгөгдлийн нэмэгдүүлсэн зураг).PKS, RiPP болон бусад байгалийн гаралтай бүтээгдэхүүний хамгийн өндөр боломж (Өргөтгөсөн өгөгдөлтэй Зураг 5а).
Далайн микробиомын биосинтезийн чадавхийг судлахдаа бид тэдгээрийн филогенетик тархалтын зураглалыг гаргаж, BGC-ээр баяжуулсан шинэ бүлгийг тодорхойлохыг зорьсон.Үүний тулд бид далайн микробын геномыг GTDB13 нянгийн болон архелийн филогенетикийн хэвийн мод болгон байрлуулж, тэдгээрийн кодлодог биосинтезийн замыг давхарласан (Зураг 2c).Цианобактери (Synechococcus) болон Tistrella32,33 зэрэг Proteus бактери зэрэг биосинтетик чадамжаараа алдартай далайн усны дээжээс (арга) BGC-ээр баяжуулсан хэд хэдэн бүлгийг (15 гаруй BGC-ээр төлөөлдөг) хялбархан илрүүлсэн эсвэл саяхан олны анхаарлыг татсан. байгалийн гаралтай бүтээгдэхүүн.тухайлбал Myxococcota (Sandaracinaceae), Rhodococcus болон Planctomycetota34,35,36.Сонирхолтой нь, бид эдгээр бүлгээс өмнө нь судлагдаагүй хэд хэдэн удам угсааг олсон.Жишээлбэл, Planctomycetota болон Myxococcota phyla-д хамгийн баялаг биосинтезийн чадавхитай эдгээр зүйлүүд нь тодорхойлогдоогүй нэр дэвшигчийн дараалал, төрөлд хамаарах байсан (Нэмэлт Хүснэгт 3).Үүнийг нэгтгэн үзвэл, OMD нь фермент болон байгалийн гаралтай бүтээгдэхүүнийг илрүүлэх шинэ зорилт болж болох бичил биетүүд зэрэг урьд өмнө мэдэгдээгүй филогенетик мэдээлэлд нэвтрэх боломжийг олгодог болохыг харуулж байна.
Дараа нь бид BGC-ээр баяжуулсан бүлгийг зөвхөн түүний гишүүдийн кодчилсон BGC-ийн хамгийн их тоог тоолоод зогсохгүй эдгээр BGC-ийн олон янз байдлыг үнэлэх замаар тодорхойлсон бөгөөд энэ нь янз бүрийн төрлийн байгалийн нэр дэвшигч бүтээгдэхүүний давтамжийг тайлбарладаг (Зураг 2c ба аргууд). )..Энэхүү судалгаагаар биосинтетикийн хувьд хамгийн олон төрөл зүйлүүдийг тусгайлан боловсруулсан бактерийн MAG-ууд төлөөлдөг болохыг бид олж мэдсэн.Эдгээр бактери нь геномикийн цөөн хэдэн судалгааг эс тооцвол бараг судлагдаагүй хэвээр байгаа Candidatus Eremiobacterota таримал таримал бүлэгт багтдаг37,38.Сонирхуулахад “ойролцоогоор.Eremiobacterota төрөл нь зөвхөн хуурай газрын орчинд шинжлэгдсэн39 бөгөөд BGC-ээр баяжуулсан гишүүдийг оруулаагүй болно.Энд бид нэг төрлийн 8 MAG-ийг сэргээн босгосон (нуклеотидын ялгарал > 99%) 23. Тиймээс бид Грекийн домог зүй, экспедицийн үзэсгэлэнт бэлэг болох Нереидийн (далайн нимф) нэрээр нэрлэгдсэн "Candidatus Eudoremicrobium malaspinii" зүйлийн нэрийг санал болгож байна.'Ка.Филогенетик тэмдэглэгээ 13-аас үзэхэд E. malaspinii нь дарааллын түвшнээс доогуур урьд нь мэдэгдэж байсан хамаатан садан байхгүй тул бидний санал болгож буй шинэ бактерийн гэр бүлд хамаарах "Ca.төрөл зүйлээр E. malaspinii” болон “Ca.Eudormicrobiaceae” албан ёсны нэрээр (Нэмэлт мэдээлэл).'Ca-ийн товч метагеномын сэргээн босголт.E. malaspinii геномын төсөл нь маш бага оролт, удаан уншсан метагеномын дараалал, 75 кб давхардал бүхий нэг 9.63 Мб шугаман хромосом болгон нэг дээжийг зорилтот угсралтаар (Арга) баталгаажуулсан.үлдсэн цорын ганц хоёрдмол утгатай.
Энэ зүйлийн филогенетикийн нөхцөл байдлыг тогтоохын тулд бид геномыг сэргээх замаар Тара далайн экспедицийн эукариотоор баяжуулсан метагеномын нэмэлт дээжээс нягт холбоотой 40 зүйлийг хайж олов.Товчхондоо, бид метагеномын уншилтыг “Ca.E. malaspinii” гэсэн таамаглал дэвшүүлж, энэ түүвэрт ажилд авах түвшин нэмэгдсэн нь бусад хамаатан садан (арга) байгааг харуулж байна гэсэн таамаглал дэвшүүлсэн.Үүний үр дүнд бид шинээр тодорхойлсон гэр бүлд (өөрөөр хэлбэл “Ca. Eudormicrobiaceae”) гурван төрөлд багтах таван зүйлийн 19 MAG-ийн хослол болох 10 MAG-ийг олсон.Гарын авлагын үзлэг, чанарын хяналт (өргөтгөсөн өгөгдөл, Зураг 6 болон нэмэлт мэдээлэл) хийсний дараа бид “Ка.Eudormicrobiaceae төрөл зүйл нь бусад "Ca" гишүүдтэй харьцуулахад илүү том геном (8 Mb) ба биосинтетикийн баялаг (нэг зүйл тус бүр 14-22 BGC) агуулдаг.Clade Eremiobacterota (7 BGC хүртэл) (Зураг 3a–c).
a, Таван 'Ca-ийн филогенетик байрлал.Eudormicrobiaceae-ийн зүйлүүд нь энэ судалгаанд тодорхойлсон далайн шугамд хамаарах BGC-ийн баялаг байдлыг харуулсан.Филогенетик мод нь бүх Ca-г агуулдаг.GTDB (хувилбар 89)-д заасан MAG Eremiobacterota болон бусад бүлгийн гишүүдийг (хаалтанд байгаа геномын тоо) хувьслын суурь (Арга)-д ашигласан.Хамгийн гадна талын давхаргууд нь гэр бүлийн түвшинд (“Ca. Eudormicrobiaceae” ба “Ca. Xenobiaceae”) болон ангийн түвшинд (“Ca. Eremiobacteria”) ангиллыг илэрхийлдэг.Энэхүү судалгаанд тодорхойлсон таван зүйлийг үсэг тоон код болон санал болгож буй хоёр нэрээр төлөөлүүлсэн болно (Нэмэлт мэдээлэл).б, зүгээр.Eudormicrobiaceae төрөл зүйл нь долоон нийтлэг BGC цөмтэй байдаг.A2 ангилалд BGC байхгүй байгаа нь төлөөлөгч MAG бүрэн бус байсантай холбоотой (Нэмэлт хүснэгт 3).BGC нь “Ка.Amphithomicrobium” болон “Ca.Amphithomicrobium” (A ба B зэрэглэл)-ийг харуулаагүй болно.в, Бүх BGC-ууд “Ка.Eudoremicrobium taraoceanii нь Тарагийн далайгаас авсан 623 метатранскриптомд илэрсэн байна.Хатуу тойрог нь идэвхтэй транскрипцийг илтгэнэ.Улбар шар өнгийн тойрог нь гэрийн үйлчлэлийн генийн экспрессийн хурд (арга) доор ба түүнээс дээш лог2-өөрчлөгдсөн атираа өөрчлөлтийг илэрхийлдэг.d, 'Ca-г харуулсан харьцангуй элбэг байдлын муруй (арга).Eudormicrobiaceae-ийн төрөл зүйл нь далайн ихэнх сав газар, усны баганад (гадаргаас 4000 м-ээс багагүй гүн хүртэл) өргөн тархсан байдаг.Эдгээр тооцоонд үндэслэн бид 'Ca.E. malaspinii' нь далайн гүн дэх пелагик үр тариатай холбоотой бүлгүүдийн прокариот эсийн 6 хүртэлх хувийг эзэлдэг.Өгөгдсөн гүний давхаргын хэмжээнээс аль ч хэсэг нь олдвол тухайн зүйл нь тухайн газарт байдаг гэж бид үзсэн.IO - Энэтхэгийн далай, NAO - Хойд Атлантын, NPO - Хойд Номхон далай, RS - Улаан тэнгис, SAO - Өмнөд Атлантын далай, SO - Өмнөд далай, SPO - Номхон далайн өмнөд.
Ca-ийн элбэг дэлбэг байдал, тархалтыг судлах.Eudormicrobiaceae, бидний олж мэдсэнээр ихэнх далайн сав газар, түүнчлэн бүхэл бүтэн усны баганад зонхилдог (Зураг 3d).Орон нутгийн хувьд тэд далайн бичил биетний нийгэмлэгийн 6% -ийг бүрдүүлдэг тул дэлхийн далайн микробиомын чухал хэсэг болдог.Үүнээс гадна бид Ca-ийн харьцангуй агуулгыг олсон.Eudormicrobiaceae төрөл зүйл болон тэдгээрийн BGC-ийн экспрессийн түвшин эукариотоор баяжуулсан фракцид хамгийн их байсан (Зураг 3c ба өргөтгөсөн өгөгдөл, Зураг 7) нь тоосонцор, түүний дотор планктонтой харилцан үйлчлэлцэж байгааг харуулж байна.Энэ ажиглалт нь Ca-тай төстэй юм.Мэдэгдэж буй замаар байгалийн цитотоксик бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэдэг Eudoremicrobium BGC-ууд нь Myxococcus41 зэрэг тусгайлан метаболит үүсгэдэг бусад махчин амьтдын адил махчин агнуурын шинж чанартай байж болно (Нэмэлт мэдээлэл ба Өргөтгөсөн мэдээлэл, Зураг 8).Ca-ийн нээлт.Прокариот гэхээсээ илүү олдоц багатай (далайн гүн) эсвэл эукариот дахь Eudormicrobiaceae нь байгалийн хүнсний судалгааны хүрээнд эдгээр бактери болон тэдгээрийн гэнэтийн BGC олон янз байдал яагаад тодорхойгүй байдгийг тайлбарлаж болох юм.
Эцэст нь бид шинэ зам, фермент, байгалийн гаралтай бүтээгдэхүүнийг илрүүлэхэд микробиомд суурилсан ажлынхаа амлалтыг туршилтаар баталгаажуулахыг хичээсэн.BGC-ийн өөр өөр ангиллын дунд RiPP зам нь боловсорч гүйцсэн ферментүүдээр үндсэн пептидийн янз бүрийн пост-translational өөрчлөлтийн улмаас баялаг химийн болон функциональ олон янз байдлыг кодлодог нь мэдэгдэж байна42.Тиймээс бид хоёр Ca-г сонгосон.Eudoremicrobium' RiPP BGCs (Зураг 3b ба 4a-e) нь мэдэгдэж буй аливаа BGC (\(\bar{d}\)MIBiG ба \(\bar{d}\)RefSeq 0.2-оос дээш)-тай ижил суурьтай.
a–c, Далайн гүн дэх Са зүйлийн өвөрмөц RiPP биосинтезийн шинэ (\(\bar{d}\)RefSeq = 0.29) кластерын In vitro гетерологийн илэрхийлэл ба in vitro ферментийн шинжилгээ.E. malaspinii' нь фосфоржуулсан бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд хүргэсэн.в, өндөр нарийвчлалтай (HR) MS/MS (химийн бүтцэд b ба y ионоор хуваагдсан хуваагдал) ба NMR (өргөтгөсөн өгөгдөл, Зураг 9) ашиглан тодорхойлсон өөрчлөлтүүд.г, энэхүү фосфоржуулсан пептид нь хяналтын пептид болон усгүйжүүлэгч пептид (химийн аргаар зайлуулахаас үүдэлтэй шингэн алдалт) -д байдаггүй хөхтөн амьтны нейтрофил эластазын микромоляр дарангуйллыг бага харуулдаг.Туршилтыг гурван удаа давтаж, ижил үр дүнд хүрсэн.Жишээлбэл, уургийн биосинтезийн хоёр дахь роман \(\bar{d}\)RefSeq = 0.33) гетерологийн илэрхийлэл нь 46 амин хүчлийн цөм пептидийг өөрчилдөг дөрвөн боловсорсон ферментийн үйл ажиллагааг тодруулдаг.Үлдэгдэл нь HR-MS/MS, изотопын тэмдэглэгээ, NMR шинжилгээгээр урьдчилан таамагласан өөрчлөлтийн талбайн дагуу будагдсан болно (Нэмэлт мэдээлэл).Тасарсан өнгө нь өөрчлөлт нь хоёр үлдэгдлийн аль нэгэнд тохиолдож байгааг харуулж байна.Энэ зураг нь нэг цөм дэх бүх боловсорч гүйцсэн ферментийн идэвхийг харуулах олон тооны гетерологийн бүтцийн эмхэтгэл юм.h, Суурь амидын N-метилжилтийн NMR өгөгдлийн зураг.Бүрэн үр дүнг Зураг дээр үзүүлэв.Өргөтгөсөн өгөгдөлтэй 10.i, MIBiG 2.0 мэдээллийн санд олдсон бүх FkbM домайнуудын дунд гүйцсэн FkbM уургийн кластер ферментийн филогенетик байрлал нь N-метилтрансферазын идэвхжилтэй энэ гэр бүлийн ферментийг илрүүлдэг (Нэмэлт мэдээлэл).BGCs (a, e), прекурсор пептидийн бүтэц (b, f), байгалийн гаралтай бүтээгдэхүүний химийн бүтцийн (c, g) бүдүүвч диаграммуудыг үзүүлэв.
Эхний RiPP зам (\(\bar{d}\)MIBiG = 0.41, \(\bar{d}\)RefSeq = 0.29) зөвхөн далайн гүн дэх төрөл зүйлээс олдсон “Ка.E. malaspinii” болон Peptide- прекурсорын кодууд (Зураг 4a, b).Энэхүү боловсорч гүйцсэн ферментийн хувьд бид фосфоржилтыг хурдасгаж, дараа нь 43-ыг арилгахад хүргэдэг лантипептидийн синтазын усгүйжүүлэлтийн домайнтай ижил функциональ домайныг тодорхойлсон (Нэмэлт мэдээлэл).Тиймээс бид урьдал пептидийн өөрчлөлт нь ийм хоёр үе шаттай шингэн алдалтыг агуулдаг гэж таамаглаж байна.Гэхдээ тандем масс спектрометр (MS/MS) болон цөмийн соронзон резонансын спектроскопи (NMR) ашиглан бид полифосфоржуулсан шугаман пептидийг тодорхойлсон (Зураг 4c).Хэдийгээр гэнэтийн байсан ч бид түүний эцсийн бүтээгдэхүүн болохыг батлах хэд хэдэн нотлох баримтыг олсон: хоёр өөр гетерологийн хостууд ба in vitro шинжилгээнд шингэн алдалт байхгүй, боловсорч гүйцсэн ферментийн каталитик усгүйжүүлэлтийн хэсэгт мутацид орсон гол үлдэгдлийг тодорхойлох.бүгдийг нь "Ca" сэргээн босгосон.E. malaspinii геном (өргөтгөсөн өгөгдөл, 9-р зураг ба нэмэлт мэдээлэл) ба эцэст нь фосфоржуулсан бүтээгдэхүүний биологийн идэвхжил, харин химийн нийлэгжүүлсэн усгүйжүүлсэн хэлбэр (Зураг 4d).Үнэн хэрэгтээ энэ нь нейтрофил эластазын эсрэг микромоляр протеазыг дарангуйлах үйл ажиллагаа багатай болохыг олж мэдсэн бөгөөд энэ нь концентрацийн мужид (IC50 = 14.3 μM) 44 бусад холбогдох байгалийн бүтээгдэхүүнтэй харьцуулахад экологийн үүрэг нь тодорхойгүй хэвээр байна.Эдгээр үр дүнд үндэслэн бид замыг "фосфептин" гэж нэрлэхийг санал болгож байна.
Хоёрдахь тохиолдол нь Ca-д хамаарах нарийн төвөгтэй RiPP зам юм.Eudoremicrobium (\(\bar{d}\)MIBiG = 0.46, \(\bar{d}\)RefSeq = 0.33) төрөл нь байгалийн уургийн бүтээгдэхүүнийг кодчилдог гэж таамаглаж байсан (Зураг 4e).Эдгээр замууд нь харьцангуй богино BGCs45-аар кодлогдсон ферментүүдээр үүсгэгдсэн ер бусын химийн өөрчлөлтүүдийн хүлээгдэж буй нягтрал, олон янз байдлын улмаас биотехнологийн хувьд онцгой ач холбогдолтой юм.Энэ уураг нь полицерамидын үндсэн NX5N мотив, ландорнамидуудын лантионины гогцоо хоёулаа байхгүй байдгаараа өмнө нь тодорхойлогдсон уургуудаас ялгаатай болохыг бид олж мэдсэн.Нийтлэг гетерологийн илэрхийллийн хэв маягийн хязгаарлалтыг даван туулахын тулд бид тэдгээрийг өөрчлөн Microvirgula aerodenitrificans системийн хамт дөрвөн төлөвшсөн замын ферментийг (арга) тодорхойлоход ашигласан.MS/MS, изотопын шошголол, NMR-ийн хослолыг ашиглан бид пептидийн 46-амин хүчлийн цөмд эдгээр боловсорч гүйцсэн ферментүүдийг илрүүлсэн (Зураг 4f,g, өргөтгөсөн өгөгдөл, Зураг 10-12 болон нэмэлт мэдээлэл).Бид боловсорч гүйцсэн ферментүүдийн дунд FkbM O-метилтрансферазын гэр бүлийн гишүүн 47-ийн RiPP зам дахь анхны илрэлийг тодорхойлсон бөгөөд энэ боловсорч гүйцсэн фермент нь нурууны N-метиляцийг нэвтрүүлж байгааг гэнэт олж мэдсэн (Зураг 4h, i болон нэмэлт мэдээлэл).Энэхүү өөрчлөлт нь байгалийн NRP48 бүтээгдэхүүнд мэдэгдэж байгаа боловч амид бондын ферментийн N-метилизаци нь RiPP гэр бүлийн борозины сонирхлыг татсаар ирсэн нарийн төвөгтэй боловч биотехнологийн ач холбогдолтой урвал49 юм.Тодорхойлолт 50,51.Энэ үйл ажиллагааг фермент болон RiPP-ийн бусад гэр бүлд тодорхойлох нь шинэ хэрэглээг нээж, уураг 52, тэдгээрийн химийн олон янз байдлыг өргөжүүлэх боломжтой.Тодорхойлсон өөрчлөлтүүд болон санал болгож буй бүтээгдэхүүний бүтцийн ер бусын урт дээр үндэслэн бид "питонамид" хэмээх замын нэрийг санал болгож байна.
Функциональ шинж чанартай ферментийн гэр бүлд гэнэтийн энзимологийг нээсэн нь хүрээлэн буй орчны геномикийн шинэ нээлтүүдийн амлалтыг харуулж байгаа бөгөөд зөвхөн дарааллын гомологи дээр үндэслэсэн функциональ дүгнэлт хийх чадвар хязгаарлагдмал байгааг харуулж байна.Тиймээс, каноник бус биоидэвхтэй полифосфоржуулсан RiPP-ийн тайлангийн хамт бидний үр дүн нь биохимийн нэгдлүүдийн функциональ баялаг, олон янз байдал, ер бусын бүтцийг бүрэн илрүүлэх синтетик биологийн хүчин чармайлтын хувьд нөөц их шаарддаг боловч чухал ач холбогдолтой болохыг харуулж байна.
Энд бид дэлхийн далайн микробиом дахь микробууд болон тэдгээрийн геномын агуулгыг кодлосон биосинтетик потенциалын хүрээг харуулж, үүссэн нөөцийг шинжлэх ухааны нийгэмлэгийн (https://microbiomics.io/ocean/) ашиглах боломжтой болгосноор ирээдүйн судалгааг хөнгөвчлөх болно.Түүний филогенетик болон функциональ шинэлэг байдлын ихэнхийг зөвхөн MAGs болон SAG-уудыг сэргээн засварлах замаар олж авах боломжтой гэдгийг бид олж мэдсэн, ялангуяа дутуу ашиглагдаагүй бичил биетний бүлгүүдэд ирээдүйн био хайгуулын хүчин чармайлтыг удирдан чиглүүлэх боломжтой.Хэдийгээр бид энд Ca-д анхаарлаа хандуулах болно."Eudormicrobiaceae" нь удамшлын хувьд, ялангуяа биосинтетикийн хувьд "авьяаслаг" бөгөөд нээгдээгүй микробиотад таамаглагдсан олон BGC-ууд нь байгаль орчинд болон/эсвэл биотехнологийн хувьд чухал нөлөө бүхий нэгдлүүдийг үүсгэдэг урьд өмнө тодорхойлогдоогүй ферментологийг кодлодог.
Далай тэнгисийн сав газар, гүн давхарга болон цаг хугацааны явцад дэлхийн далайн бичил биетний бүлгүүдийн хамрах хүрээг нэмэгдүүлэхийн тулд хангалттай дарааллын гүнтэй далай судлалын болон цаг хугацааны цуврал судалгаануудын метагеномик мэдээллийн багцыг оруулсан болно.Эдгээр мэдээллийн багцад (Нэмэлт Хүснэгт 1 ба Зураг 1) Тара (вирусээр баяжуулсан, n=190; прокариотоор баяжуулсан, n=180)12,22 болон BioGEOTRACES экспедицийн (n=480) далайгаас цуглуулсан дээжээс авсан метагеномикийг багтаасан болно.Хавайн далайн цаг хугацааны цуврал (HOT, n = 68), Бермуд-Атлантын цагийн цуврал (BATS, n = 62)21 болон Маласпина экспедиц (n = 58)23.Бүх метагеномын фрагментуудаас уншсан дарааллыг BBMap (v.38.71) ашиглан чанарын хувьд шүүж, уншсан хэсгээс дарааллын адаптеруудыг устгаж, чанарын хяналтын дараалалд (PhiX геном) буулгасан уншилтыг устгаж, trimq=14, maq=20 ашиглан уншсан чанар муутай, maxns = 0 ба minlength = 45. Дараачийн шинжилгээг ажиллуулж эсвэл заасан бол QC уншилттай нэгтгэсэн (bbmerge.sh minoverlap=16).МетаSPAdes ашиглан (шаардлагатай бол v.3.11.1 эсвэл v.3.12) бүтээхээс өмнө QC-ийн уншилтыг хэвийн болгосон (bbnorm.sh зорилт = 40, minddepth = 0).Үүссэн шат дамжлагыг (цаашид шат гэх) уртаар (≥1 кб) шүүсэн.
1038 метагеномын дээжийг бүлгүүдэд хувааж, дээж бүрийн хувьд бүх дээжийн метагеномын чанарын хяналтын уншилтыг дээж тус бүрийн хаалтанд тусад нь тааруулсан бөгөөд үүний үр дүнд дараах тооны хос хаалтанд орсон: Тара далайн вирүс – баяжуулсан. (190×190 ), Прокариотууд баяжуулсан (180×180), BioGEOTRACEES, HOT болон BATS (610×610) болон Маласпина (58×58).Зураглалыг Burrows-Wheeler-Aligner (BWA) (v.0.7.17-r1188)54 ашиглан хийсэн бөгөөд энэ нь уншилтыг хоёрдогч цэгүүдтэй тааруулах боломжийг олгодог (-a туг ашиглан).Зэрэгцүүлэлтийг дор хаяж 45 суурийн урттай, ≥97% ижил утгатай, ≥80% уншилттай байхаар шүүсэн.Үүссэн BAM файлуудыг MetaBAT2 (v.2.12.1)55-д зориулсан jgi_summarize_bam_contig_depths скриптийг ашиглан боловсруулж, бүлэг тус бүрийг түүвэр дотор болон түүвэр хоорондын хамрах хүрээг хангасан.Эцэст нь, MetaBAT2-ыг –minContig 2000 болон –maxEdges 500-тай бүх дээж дээр тус тусад нь ажиллуулж мэдрэмжийг нэмэгдүүлэхийн тулд хаалтуудыг бүлэглэсэн. Бид MetaBAT2-г чуулгын боксчны оронд ашигладаг, учир нь энэ нь бие даасан туршилтаар хамгийн үр дүнтэй ганц боксчин болох нь батлагдсан.бусад түгээмэл хэрэглэгддэг боксчдоос 10-50 дахин хурдан байдаг57.Элбэг байдлын хамаарлын үр нөлөөг шалгахын тулд санамсаргүй түүврээр сонгосон метагеномикийн дэд түүврийг (Тара Далайн хоёр өгөгдлийн багц тус бүрд 10, BioGEOTRACES-д 10, цаг хугацааны цуваа бүрт 5, Маласпина-д 5) зөвхөн дээжийг нэмж ашигласан.Хамрах хүрээний мэдээллийг авахын тулд дотоод дээжийг бүлэглэв.(Нэмэлт мэдээлэл).
Нэмэлт (гадаад) геномуудыг дараагийн шинжилгээнд оруулсан болно, тухайлбал Tara Oceans26 мэдээллийн багцын дэд багцаас гараар сонгосон 830 MAG, GORG20 өгөгдлийн багцаас 5287 SAG, MAR мэдээллийн сангаас (MarDB v. 4) 1707 тусгаарлагдсан REF болон 682 SAGs) 27. MarDB өгөгдлийн багцын хувьд түүврийн төрөл нь дараах тогтмол илэрхийлэлтэй тохирч байвал геномуудыг боломжтой мета өгөгдөлд үндэслэн сонгоно: '[S|s]ingle.?[C|c]ell|[C|c]ulture| [I|i] тусгаарлагдсан'.
Метагеномын сав, гадаад геном бүрийн чанарыг CheckM (v.1.0.13) болон Anvi'o's Lineage Workflow (v.5.5.0)58,59 ашиглан үнэлэв.Хэрэв CheckM эсвэл Anvi'o ≥50% бүрэн байдал/бүрэн, ≤10% бохирдол/нөөцтэй гэж мэдээлсэн бол метагеномик эсүүд болон гадаад геномуудыг дараа нь шинжилгээнд зориулж хадгална.Дараа нь эдгээр оноог дундаж бүрэн байдал (mcpl) болон дундаж бохирдол (mctn) болгон нэгтгэж геномын чанарыг олон нийтийн шалгуурын60 дагуу дараах байдлаар ангилав: өндөр чанар: mcpl ≥ 90% ба mctn ≤ 5%;сайн чанар: mcpl ≥ 70%, mctn ≤ 10%, дундаж чанар: mcpl ≥ 50% ба mctn ≤ 10%, шударга чанар: mcpl ≤ 90% эсвэл mctn ≥ 10%.Дараа нь шүүсэн геномуудыг чанарын оноотой (Q ба Q') дараах байдлаар уялдуулсан: Q = mcpl – 5 x mctn Q' = mcpl – 5 x mctn + mctn x (омгийн хувьсах чадвар)/100 + 0.5 x log[N50] .(dRep61-д хэрэгжүүлсэн).
Янз бүрийн мэдээллийн эх сурвалж болон геномын төрлүүд (MAG, SAG болон REF) хооронд харьцуулсан дүн шинжилгээ хийх боломжийг олгохын тулд dRep (v.2.5.4) ашиглан геномын дундаж нуклеотидын таних (ANI) дээр үндэслэн 34,799 геномын лавлагаа хасагдсан.Давталт)61 95% ANI босготой28,62 (-comp 0 -con 1000 -sa 0.95 -nc 0.2) ба SpecI63-ыг ашиглан төрөл зүйлийн түвшинд геномын бөөгнөрөлийг хангадаг нэг хуулбар маркер генүүд.Дээр тодорхойлсон чанарын дээд онооны (Q') дагуу dRep кластер тус бүрийг төлөөлөх геномыг сонгосон бөгөөд үүнийг тухайн зүйлийн төлөөлөл гэж үзсэн.
Зураглалын хурдыг үнэлэхийн тулд BWA (v.0.7.17-r1188, -a) нь OMD-д агуулагдах 34,799 геном бүхий 1038 багц метагеномын уншилтыг зураглахад ашигласан.Чанарын хяналттай уншилтуудыг нэг төгсгөлтэй горимд буулгаж, зөвхөн ≥45 bp урттай тэгшитгэлийг хадгалахын тулд үр дүнд нь тэгшитгэлүүдийг шүүсэн.ба таних тэмдэг ≥95%.Дээж тус бүрийн дэлгэцийн харьцаа нь шүүлтүүрийн дараа үлдсэн уншилтын хувийг чанарын хяналтын уншилтын нийт тоонд хуваана.Ижил арга барилыг ашиглан 1038 метагеном бүрийг 5 сая оруулга (өргөтгөсөн өгөгдөл, Зураг 1c) болгон бууруулж, OMD болон бүх GEM16 дахь GORG SAG-тай тааруулсан.GEM16 каталогийн далайн уснаас олж авсан MAG-ийн хэмжээг далайн усны дээжийг сонгох (жишээлбэл, далайн хурдас гэх мэт) метагеномын эх сурвалжийн түлхүүр үгийн асуулга ашиглан тодорхойлсон.Тодруулбал, бид "усан"-ыг "экосистемийн_ангилал", "далайн"-ыг "экосистемийн_төрөл" гэж сонгож, "амьдрах орчин"-ыг "далайн гүн", "далайн", "далайн далай", "pelaic далайн", "далайн ус" гэж шүүдэг. "Далай", "Далайн ус", "Далайн гадаргын ус", "Далайн гадаргын ус".Үүний үр дүнд 5903 MAG (734 өндөр чанартай) 1823 OTU-д тараагдсан (энд харна уу).
Прокариот геномыг GTDB-Tk (v.1.0.2)64 ашиглан ангилал зүйн тайлбартайгаар GTDB r89 хувилбар 13-д чиглэсэн өгөгдмөл параметрүүдийг ашигласан. Anvi'o-г домэйн таамаглал, эргэн санах ≥50%, илүүдэл ≤ 10% дээр үндэслэн эукариот геномыг тодорхойлоход ашигласан.Аливаа зүйлийн ангилал зүйн тэмдэглэгээ нь түүний төлөөлөх геномуудын нэг гэж тодорхойлогддог.Эукариотуудыг эс тооцвол (148 MAG) геном бүрийг эхлээд прокка (v.1.14.5)65 ашиглан функциональ байдлаар тэмдэглэж, бүрэн генийг нэрлэж, шаардлагатай бол "архей" эсвэл "нянгийн" параметрүүдийг тодорхойлсон бөгөөд энэ нь бусад хүмүүст бас мэдээлэгдсэн байдаг. кодлох генүүд.болон CRISPR бүсүүд, бусад геномын шинж чанарууд.fetchMG (v.1.2)66 ашиглан бүх нийтийн нэг хуулбар маркер генийг (uscMG) тодорхойлох замаар урьдчилан таамагласан генүүдийг тэмдэглэж, ортологийн бүлгүүдийг оноож, eggNOG (v.5.0)68 дээр тулгуурлан emapper (v.2.0.1)67 ашиглан асуулга.KEGG мэдээллийн сан (2020 оны 2-р сарын 10-нд нийтлэгдсэн) 69. Сүүлийн алхамыг DIAMOND (v.0.9.30)70 ашиглан ≥70%-ийн асуулга, сэдвийн хамрах хүрээтэй KEGG мэдээллийн санд уураг тааруулах замаар гүйцэтгэсэн.Үр дүнг хүлээгдэж буй дээд хурдны ≥ 50% (холбоос өөрөө) дээр үндэслэн NCBI Prokaryotic Genome Annotation Pipeline71-ийн дагуу шүүсэн.Генийн дарааллыг мөн antiSMASH (v.5.1.0)72 ашиглан анхдагч параметрүүд болон өөр кластер тэсрэлт бүхий геном дахь BGC-ийг тодорхойлох оролт болгон ашигласан.Бүх геномууд болон тэмдэглэгээг вэб дээрх (https://microbiomics.io/ocean/) контекст мета өгөгдлийн хамт OMD-д нэгтгэсэн.
Өмнө нь тайлбарласан аргуудын нэгэн адил12,22 бид CD-HIT (v.4.8.1)-ийг ашиглан OMD-ийн бактерийн болон архелийн геномоос >56.6 сая уураг кодлогч генийг 95% ижил, богино генүүд (90% хамрах хүрээ)73 хүртэл бөөгнөрсөн. >17.7 сая генийн кластер.Хамгийн урт дарааллыг генийн кластер бүрийн төлөөлөх генээр сонгосон.Дараа нь 1038 метагеномыг >17.7 сая BWA (-a) кластерийн гишүүдтэй тааруулж, үүссэн BAM файлуудыг зөвхөн ≥95% ижил төстэй байдал, ≥45 үндсэн зэрэгцүүлэлтийг хадгалахын тулд шүүсэн.Уртаар нормчлогдсон генийн элбэг дэлбэг байдлыг эхлээд хамгийн сайн өвөрмөц тохируулгаас авсан оруулгыг тоолж, дараа нь бүдэг зураглалтай оруулгын хувьд өвөрмөц оруулгын тоотой пропорциональ харгалзах зорилтот генүүдэд бутархай тоог нэмж тооцсон.
Өргөтгөсөн OMD-ийн геномуудыг ("Ca. Eudormicrobiaceae"-ийн нэмэлт MAG-уудтай, доороос үзнэ үү) mOTUs74 метагеномик шинжилгээний хэрэгслийн мэдээллийн санд (v.2.5.1) нэмж, MOTU-ийн өргөтгөсөн лавлах мэдээллийн санг үүсгэсэн.Арван uscMG-ээс зөвхөн зургаан нэг хуулбар геном (23,528 геном) амьд үлджээ.Мэдээллийн сангийн өргөтгөлийн үр дүнд зүйлийн түвшинд 4,494 нэмэлт кластер бий болсон.1038 метагеномыг анхдагч mOTU параметрүүдийг (v.2) ашиглан шинжилсэн.644 mOTU кластерт агуулагдах нийт 989 геном (95% REF, 5% SAG, 99.9% MarDB-д хамаарах) MOTU профайлаар илрээгүй.Энэ нь MarDB геномыг далайн тусгаарлах янз бүрийн нэмэлт эх сурвалжуудыг тусгадаг (ихэнх илрээгүй геномууд нь хурдас, далайн эзэн гэх мэтээс тусгаарлагдсан организмуудтай холбоотой байдаг).Энэхүү судалгаанд далай тэнгисийн нээлттэй орчинд үргэлжлүүлэн анхаарлаа хандуулахын тулд бид тэдгээрийг илрүүлээгүй эсвэл энэхүү судалгаанд үүсгэсэн MOTU мэдээллийн санд оруулаагүй тохиолдолд тэдгээрийг доод урсгалын шинжилгээнээс хассан.
OMD дахь MAG, SAG болон REF-ийн бүх BGC-үүдийг (дээрээс харна уу) бүх метагеномик шатлалд (antiSMASH v.5.0, өгөгдмөл параметрүүд) тодорхойлсон BGC-уудтай нэгтгэж, BiG-SLICE (v.1.1) (PFAM домэйн )75 ашиглан тодорхойлсон.Эдгээр шинж чанарууд дээр үндэслэн бид BGC-ийн хоорондох бүх косинусын зайг тооцоолж, 0.2 ба 0.8 зайны босго ашиглан тэдгээрийг (дундаж холбоосууд) GCF болон GCC гэж бүлэглэсэн.Эдгээр босго нь өмнө нь Евклидийн зай75-ыг ашиглан косинусын зайг ашиглан ашиглаж байсан босго онооны тохируулга бөгөөд анхны BiG-SLICE кластерын стратеги (Нэмэлт мэдээлэл)-ийн зарим алдааг хөнгөвчилдөг.
Дараа нь BGC-уудыг шүүж, зөвхөн ≥5 кб-ыг шат шатанд кодлосон хэвээр байлгахын тулд өмнө тайлбарласны дагуу хуваагдах эрсдэлийг бууруулахын тулд16, мөн 1038 метагеномд олдоогүй MarDB REF болон SAGs-ийг оруулахгүй (дээрхийг үзнэ үү).Үүний үр дүнд нийт 39,055 BGC-ийг OMD геномоор кодлосон бөгөөд нэмэлт 14,106 нь метагеномын фрагментууд дээр тодорхойлогдсон (өөрөөр хэлбэл MAG-д нэгтгэгдээгүй).Эдгээр "метагеномик" BGC-ийг мэдээллийн санд аваагүй далайн микробиомын биосинтезийн потенциалын эзлэх хувийг тооцоолоход ашигласан (Нэмэлт мэдээлэл).BGC бүр нь SMASH-ийн эсрэг эсвэл BiG-SCAPE76-д тодорхойлсон бүдүүлэг бүтээгдэхүүний ангилалаар тодорхойлсон урьдчилан таамаглах бүтээгдэхүүний төрлүүдийн дагуу функциональ байдлаар тодорхойлогддог.Тоо хэмжээ (GCC/GCF-ийн ангилал зүйн болон функциональ найрлага, GCF болон GCC-ийн лавлагааны мэдээллийн сан хүртэлх зай, GCF-ийн метагеномын элбэг байдал) түүврийн хэвийхээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд төрөл бүрийн GCF-д ногдох хамгийн урт BGC-ийг хадгалах замаар 39,055 BGC-ийг дахин хувилсан. Үүний үр дүнд нийт 17,689 BGC болсон.
GCC болон GCF-ийн шинэлэг байдлыг тооцоолсон мэдээллийн сан (BiG-FAM дахь RefSeq мэдээллийн сан)29 болон туршилтаар баталгаажуулсан (MIBIG 2.0)30 BGC хоорондын зайд үндэслэн үнэлэв.17,689 төлөөлөгч BGC тус бүрийн хувьд бид тухайн мэдээллийн сан хүртэлх хамгийн бага косинусын зайг сонгосон.Дараа нь эдгээр хамгийн бага зайг зохих ёсоор GCF эсвэл GCC-ийн дагуу дундаж (дундаж) авна.Өгөгдлийн сан хүртэлх зай нь (дундаж) GCF болон лавлагааны хоорондох хамгийн тохиромжтой тусгаарлалттай тохирч байгаа 0.2-оос их байвал GCF-ийг шинэ гэж үзнэ.GCC-ийн хувьд бид холбоосуудтай урт хугацааны харилцаа тогтоохын тулд GCF-ээр тодорхойлсон босго хэмжээнээс хоёр дахин их буюу 0.4-ийг сонгоно.
BGC-ийн метагеномын элбэг дэлбэг байдлыг генийн түвшний профайлаас авах боломжтой биосинтетик генийн дундаж элбэг дэлбэг (SMASH-ийн эсрэг тодорхойлсон) гэж тооцсон.Дараа нь GCF эсвэл GCC бүрийн метагеномын элбэг дэлбэг байдлыг төлөөлөх BGC-ийн нийлбэрээр (17,689-аас) тооцоолсон.Дараа нь эдгээр элбэг дэлбэг газрын зургийг дээж бүрийн mOTU тооллогоор эсийн найрлагын хувьд хэвийн болгосон бөгөөд энэ нь мөн дараалсан хүчин чармайлтыг харгалзан үзсэн (өргөтгөсөн өгөгдөл, Зураг 1d).GCF эсвэл GCC-ийн тархалтыг 0-ээс дээш элбэг дэлбэг дээжийн хувиар тооцсон.
Дээж хоорондын Евклидийн зайг нормчлогдсон GCF профайлаас тооцоолсон.Эдгээр зайн хэмжээг UMAP77 ашиглан багасгасан ба үр дүнд нь суулгацыг HDBSCAN78 ашиглан хяналтгүй нягтралд суурилсан кластер хийхэд ашигласан.HDBSCAN-д ашигладаг кластерын онооны хамгийн бага тоог (тиймээс кластерын тоог) кластерийн гишүүнчлэлийн хуримтлагдсан магадлалыг нэмэгдүүлэх замаар тодорхойлно.Тодорхойлсон кластеруудыг (мөн эдгээр кластеруудын санамсаргүй тэнцвэржүүлсэн дэд түүвэр нь пермутацийн олон хувьсагч дисперсийн шинжилгээ (PERMANOVA))-ийн ач холбогдлыг PERMANOVA-г ашиглан буураагүй Евклидийн зайд туршиж үзсэн.Дээжийн геномын дундаж хэмжээг mOTU-ийн харьцангуй элбэг дэлбэг байдал болон геномын гишүүдийн тооцоолсон геномын хэмжээ дээр үндэслэн тооцоолсон.Тухайлбал, mOTU бүрийн геномын дундаж хэмжээг түүний гишүүдийн геномын хэмжээг бүрэн хэмжээгээр нь зассан (шүүлтийн дараа) дундажаар тооцсон (жишээлбэл, 3 Mb урттай 75% бүрэн геном нь 4-ийн тохируулсан хэмжээтэй байна). Mb).бүрэн бүтэн байдал ≥70% дунд зэргийн геномын хувьд.Дараа нь дээж тус бүрийн геномын дундаж хэмжээг mOTU геномын хэмжээг харьцангуй элбэгээр жигнэсэн нийлбэрээр тооцоолсон.
OMD дахь геномоор кодлогдсон BGC-ийн шүүсэн багцыг бактерийн болон архелийн GTDB модонд (1038 метагеномоос олдоогүй REF болон SAG MarDB-г эс тооцвол ≥5 кб хүрээтэй, дээрээс харна уу) болон филогенетик дээр үндэслэн тэдгээрийн урьдчилан таамагласан бүтээгдэхүүний ангиллыг харуулсан болно. геномын байрлал (дээрхийг харна уу).Бид эхлээд тухайн зүйлийн хамгийн их BGC-тэй геномыг төлөөлөгч болгон ашиглаж, өгөгдлийг төрөл зүйлээр нь багасгасан.Дүрслэхийн тулд төлөөлөгчдийг модны бүлгүүдэд хуваасан бөгөөд дахин эсийн давхарга бүрийн хувьд хамгийн олон тооны BGC агуулсан геномыг төлөөлөгчөөр сонгосон.BGC-ээр баяжуулсан зүйлүүдийг (15-аас дээш BGC-тэй дор хаяж нэг геном) тэдгээр BGC-д кодлогдсон бүтээгдэхүүний төрлүүдийн хувьд Шенноны олон янз байдлын индексийг тооцоолж шинжилсэн.Урьдчилан таамагласан бүх төрлийн бүтээгдэхүүний төрлүүд ижил байвал химийн эрлийзүүд болон бусад нарийн төвөгтэй BGC-ууд (antiSMAH-ийн таамаглаж байгаачлан) кластер дахь дарааллаас үл хамааран ижил төрлийн бүтээгдэхүүнд хамаарагдана (жишээлбэл, уураг-бактериоцин ба бактериоцин-протеопротеины нэгдэл). бие).эрлийз).
SAMN05421555 биологийн дээжтэй тохирч, богино уншихад зориулагдсан Illumina SRR3962772 метагеномын унших багцтай таарч, PacBio дарааллын протоколын дагуу PacBio дарааллын протоколын дагуу боловсруулсан, PacRTNAD ambellio-г ашиглах хэт бага оролттой Маласпина дээжээс үлдсэн ДНХ (6 нг гэж тооцоолсон) MP1648 иж бүрдэл (100-980-000) болон SMRTbell Express 2.0 загвар бэлтгэх иж бүрдэл (100-938-900).Товчхондоо, үлдсэн ДНХ-ийг Covaris (g-TUBE, 52104) ашиглан зүсэж, засч, цэвэршүүлсэн (ProNex бөмбөлгүүдийг).Дараа нь цэвэршүүлсэн ДНХ-г номын сангийн бэлтгэх, олшруулах, цэвэршүүлэх (ProNex бөмбөлгүүдийг) болон хэмжээг сонгох (>6 кб, Цэнхэр Пиппин) зэрэгт эцсийн цэвэршүүлэх алхам (ProNex бөмбөлгүүдийг) болон Sequel II платформ дээр дараалалд оруулна.
Эхний хоёр ойролцоогоор сэргээн босголт.MAG Eremiobacterota-ийн хувьд бид зургаан нэмэлт ANI-ийг >99% (эдгээрийг Зураг 3-т оруулсан) тодорхойлсон бөгөөд тэдгээрийг бохирдлын оноонд үндэслэн шүүсэн (дараа нь генийн давхардал гэж тодорхойлогдсон, доороос үзнэ үү).Бид мөн "Ca" гэсэн шошготой тавиур олсон.Eremiobacterota”-г төрөл бүрийн судалгаанаас23 авч, тэдгээрийг манай судалгааны найман MAG-ийн хамт BWA (v.0.7.17) Ref -r1188, – туг) ашиглан эукариотоор баяжуулсан (>0.8 μм) 633 дээжээс метагеномын уншилтын лавлагаа болгон ашигласан. зураглал (5 сая уншсан).Баяжилтын тусгай газрын зураг дээр үндэслэн (95% зэрэгцүүлсэн байдал, 80% унших хамрах хүрээгээр шүүсэн) угсрахаар 10 метагеном (хүлээгдэж буй хамрах хүрээ ≥5×) болон агуулгын хамаарлын үүднээс нэмэлт 49 метагеномыг (хүлээгдэж буй хамрах хүрээ ≥1×) сонгосон.Дээрхтэй ижил параметрүүдийг ашиглан эдгээр дээжийг хольж, нэмэлт 10 'Ca нэмсэн.MAG Eremiobacterota сэргээгдсэн.Эдгээр 16 MAG (мэдээллийн санд байгаа хоёрыг тооцохгүй) нь өргөтгөсөн OMD дахь геномын нийт тоог 34,815 болгон авчирдаг.MAG-д геномын ижил төстэй байдал, GTDB дахь байр сууриа үндэслэн ангиллын зэрэглэлийг оноодог.18 MAG-ийг dRep ашиглан нэг гэр бүлийн 5 зүйл (төрөл бүрийн ANI >99%) болон 3 төрөлд (интрагенийн ANI 85%-94%) болгон хуваасан79.Зүйлийн төлөөлөгчдийг бүрэн бүтэн байдал, бохирдол, N50 зэрэгт үндэслэн гараар сонгосон.Санал болгож буй нэр томъёог нэмэлт мэдээлэлд оруулсан болно.
'Ca-ийн бүрэн бүтэн байдал, бохирдлыг үнэлэх.MAG Eremiobacterota-ийн хувьд бид uscMG, мөн CheckM болон Anvi'o-ийн ашигладаг удам угсаа, домэйны өвөрмөц нэг хуулбар маркер генийн багц байгаа эсэхийг үнэлэв.40 uscMG-ийн 2 давхардсан нь ямар нэгэн болзошгүй бохирдлыг үгүйсгэхийн тулд филогенетикийн сэргээн босголтоор батлагдсан (доороос харна уу) (энэ нь эдгээр 40 маркер ген дээр үндэслэн 5% -тай тохирч байна).Таван төлөөлөгч MAG-ийн нэмэлт судалгаа 'Ca.Эдгээр сэргээн босгосон геном дахь бохирдуулагчийн түвшин бага байгааг элбэг дэлбэг байдал, дарааллын найрлагын хамааралд суурилсан интерактив Anvi'o интерфэйсийг ашиглан Eremiobacterota зүйлийн хувьд баталсан (Нэмэлт мэдээлэл)59.
Филогеномикийн шинжилгээ хийхийн тулд бид таван төлөөлөгч MAG "Ca"-г сонгосон.Eudormicrobiaceae”, бүх төрлийн “Ca.Eremiobacterota болон бусад бүлгийн гишүүдийн (UBP13, Armatimonadota, Patescibacteria, Dormibacterota, Chloroflexota, Cyanobacteria, Actinobacteria болон Planctomycetota орно) геномыг GTDB (r89)13-аас авах боломжтой.Эдгээр бүх геномыг өмнө нь нэг хуулбар маркерын генийн олборлолт болон BGC тэмдэглэгээнд тайлбарласны дагуу тэмдэглэсэн болно.GTDB геномыг дээрх бүрэн бүтэн байдал, бохирдлын шалгуурын дагуу хадгалсан.Филогенетикийн шинжилгээг Anvi'o Phylogenetics59 ажлын урсгалыг ашиглан хийсэн.Уг модыг IQTREE (v.2.0.3) (анхдагч сонголтууд ба -bb 1000)80 ашиглан Anvi'o (MUSCLE, v.3.8.1551)81-ийн тодорхойлсон 39 тандем рибосомын уургийн тохируулга дээр барьсан.Түүний албан тушаал цөөрсөн.геномын 50-иас доошгүй хувийг хамрахын тулд82 ба Planctomycecota-г GTDB модны топологи дээр үндэслэн гадуурх бүлэг болгон ашигласан.40 uscMGs-ийн нэг модыг ижил хэрэгсэл, параметрүүдийг ашиглан барьсан.
Бид бичил биетний нийтлэг шинж чанарыг урьдчилан таамаглахын тулд анхдагч параметртэй (фенотип, нуклеотидаас)83 Traitar (v.1.1.2)-ийг ашигласан.Бид геном дахь уураг кодлогч генийн агууламжаас хамаардаг урьд нь боловсруулсан махчин агнуурын индекс84 дээр үндэслэн махчин амьтдын амьдралын хэв маягийг судалсан.Тодруулбал, бид DIAMOND-г ашиглан геномын уурагуудыг OrthoMCL мэдээллийн баазтай (v.4)85 харьцуулж –илүү мэдрэмтгий –id 25 –query-cover 70 –subject-cover 70 –top 20, харгалзах генийг тоолдог. махчин ба махчин бус амьтдын маркер ген.Индекс нь махчин болон махчин бус тэмдэглэгээний тооны зөрүү юм.Нэмэлт хяналтын хувьд бид "Ca" геномыг шинжилсэн.Entotheonella TSY118 хүчин зүйл нь Ca-тай холбоотой байдаг.Eudoremicrobium (том геномын хэмжээ, биосинтезийн боломж).Дараа нь бид махчин ба махчин бус маркер генүүд болон Ca-ийн биосинтезийн чадавхи хоорондын боломжит холбоосыг туршиж үзсэн.Eudormicrobiaceae” судалгааны үр дүнд нэгээс илүүгүй ген (ямар ч төрлийн маркер ген, өөрөөр хэлбэл махчин/махчин бус ген) BGC-тэй давхцдаггүй болохыг олж тогтоосон нь BGC нь махчин амьтны дохиог төөрөгдүүлдэггүйг харуулж байна.Нууцлагдсан хуулбаруудын нэмэлт геномын тэмдэглэгээг TXSSCAN (v.1.0.2) ашиглан шүүрлийн систем, пили болон тугуудыг тусгайлан шалгасан86.
Тара далайн прокариот ба эукариот баяжилтын фракцаас 623 метатранскриптомыг зураглалаар 5 төлөөлөгч Ca-ийн зураглалыг хийсэн22,40,87 (BWA, v.0.7.17-r1188, -a туг ашиглан).Eudormicrobiaceae геном.BAM файлуудыг уншсан 80%-ийн хамрах хүрээ, 95%-ийн таниултын шүүлтүүрийн дараа FeatureCounts (v.2.0.1)88-р боловсруулсан (FunctionCounts –анхдагч -O –fraction -t CDS,tRNA -F GTF -g ID -p сонголттой) нэг ген дэх оруулгын тоо.Үүсгэсэн газрын зургуудыг генийн урт ба маркер генийн элбэг дэлбэг байдлын mOTU (оруултын тоо >0-тэй генийн уртаар нормчлогдсон дундаж оруулга тоо)-аар нормчилж, генийн түвшин тус бүрийн эс тус бүрийн харьцангуй илэрхийлэлийг олж авахын тулд лог-22.74 болгон хувиргасан. дараалал тогтоох явцад дээжээс дээж хүртэлх хувьсах байдал.Ийм харьцаа нь харьцуулсан дүн шинжилгээ хийх боломжийг олгодог бөгөөд харьцангуй элбэг дэлбэг байдлын өгөгдлийг ашиглах үед найрлагын асуудлыг багасгах боломжийг олгодог.Зөвхөн 10 mOTU маркер генийн 5-аас дээш хэмжээтэй дээжийг геномын хангалттай том хэсгийг илрүүлэхийн тулд цаашдын шинжилгээнд авч үзсэн.
'Ca-ийн хэвийн транскриптомын профайл.E. taraoceanii-г UMAP ашиглан хэмжээсийн бууралтад хамруулсан бөгөөд үр дүнд нь дүрслэлийг HDBSCAN (дээрээс харна уу) ашиглан хараа хяналтгүй кластер хийхэд ашигласан бөгөөд илэрхийллийн статусыг тодорхойлсон.PERMANOVA нь анхны (багасгахгүй) зайн орон зайд тодорхойлсон кластеруудын хоорондын ялгааны ач холбогдлыг шалгадаг.Эдгээр нөхцлийн ялгааг геномоор туршсан (дээрхийг харна уу) ба 201 KEGG замыг 6 функциональ бүлэгт тодорхойлсон: BGC, TXSSCAN-ийн шүүрлийн систем ба тугны генүүд, задралын ферментүүд (протеаз ба пептидазууд), махчин ба бус махчин генүүд.махчин индексийн маркерууд.Дээж бүрийн хувьд бид анги тус бүрийн дундаж хэвийн илэрхийлэлийг тооцоолсон (BGC илэрхийлэл нь өөрөө тухайн BGC-ийн биосинтетик генийн медиан илэрхийлэл гэж тооцогдоно гэдгийг анхаарна уу) болон муж даяар ач холбогдлыг нь шалгасан (FDR-д тохируулсан Крускал-Уоллис тест).
Синтетик генийг GenScript-ээс, ПГУ-ын праймерыг Microsynth-ээс худалдаж авсан.Thermo Fisher Scientific-ийн фьюзион полимеразыг ДНХ олшруулахад ашигласан.ДНХ цэвэршүүлэхэд NucleoSpin плазмид, NucleoSpin гель болон Macherey-Nagel компанийн ПГУ-ын цэвэршүүлэх хэрэгсэл ашигласан.Хязгаарлалтын фермент болон Т4 ДНХ лигазыг New England Biolabs-аас худалдаж авсан.Изопропил-β-д-1-тиогалактопиранозид (IPTG) (Биосинт) болон 1,4-дитиотреитол (DTT, AppliChem) -ээс бусад химийн бодисуудыг Sigma-Aldrich-ээс худалдан авч, нэмэлт цэвэршүүлэхгүйгээр ашигласан.Антибиотик хлорамфеникол (Cm), спектиномицин дигидрохлорид (Sm), ампициллин (Amp), гентамицин (Gt), карбенициллин (Cbn) -ийг AppliChem-ээс худалдаж авсан.Bacto Tryptone болон Bacto Yeast Extract медиа бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг BD Biosciences-аас худалдаж авсан.Дараалалд зориулсан трипсиныг Promega-аас худалдаж авсан.
Генийн дарааллыг SMASH-ийн эсрэг урьдчилан таамагласан BGC 75.1-ээс гаргаж авсан.E. malaspinii (Нэмэлт мэдээлэл).
embA (locus, MALA_SAMN05422137_METAG-framework_127-gene_5), embM (locus, MALA_SAMN05422137_METAG-framework_127-gene_4) болон embAM (интерген хоорондын бүсүүдийг оруулаад) генүүд нь синхрончлол, синхрончлол55-тай уялдаа холбоогүй байна. E хэлээр илэрхийлэхийн тулд d хэзээ.embA генийг pACYCDuet-1(CmR) ба pCDFDuet-1(SmR)-ийн анхны олон клончлолын талбайд (MCS1) BamHI болон HindIII задралын хэсгүүдээр дэд клоноор хийсэн.embM болон embMopt генүүдийг (кодоноор оновчтой болгосон) MCS1 pCDFDuet-1(SmR)-д BamHI болон HindIII-тай дэд клончилж, pCDFDuet-1(SmR) ба pRSFDuet-1(KanR) (MCS2)-ийн олон клончлох хоёр дахь хэсэгт байрлуулсан. NdeI/ChoI.embAM кассетыг BamHI болон HindIII задралын хэсгүүдээр pCDFDuet1(SmR) болгон дэд клоноор хийсэн.orf3/embI генийг (locus, MALA_SAMN05422137_METAG-scaffold_127-gene_3) EmbI_OE_F_NdeI ба EmbI_OE_R_XhoI праймеруудыг ашиглан давхцсан өргөтгөл ПГУ-аар бүтээж, NdeI/XhoMCC-ээр шингээж, pDF1SEmb болон pDF1lig. хязгаарлах ферментүүд (нэмэлт хүснэгт).6).Хязгаарлагдмал ферментийг задлах, холбох ажлыг үйлдвэрлэгчийн протоколын дагуу (New England Biolabs) хийсэн.