304 STAINLESS Stol geschweißt opgerullt Rouer / tubing zhemical Zomponent, Biosynthetesch Potenzial vun der Global Marine Microbiome

Merci fir besicht Nature.com.Dir benotzt eng Browser Versioun mat limitéierter CSS Ënnerstëtzung.Fir déi bescht Erfahrung empfeelen mir Iech en aktualiséierte Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten).Zousätzlech, fir weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, weisen mir de Site ouni Stiler a JavaScript.
Sliders déi dräi Artikelen pro Rutsch weisen.Benotzt d'Réck- an d'nächst Knäppercher fir duerch d'Rutschen ze réckelen, oder d'Slide Controller Knäppercher um Enn fir duerch all Rutsch ze réckelen.

Detailléiert Produktbeschreiwung

304 Edelstol geschweißt opgerullt Röhre / Tube
1. Spezifizéierung: STAINLESS Stol coil tube / tubing
2. Typ: geschweest oder nahtlos
3. Standard: ASTM A269, ASTM A249
4. STAINLESS Stol coil tube OD: 6mm ze 25.4MM
5. Längt: 600-3500MM oder wéi pro Ufuerderung vum Client.
6. Mauer deck: 0,2 mm ze 2,0 mm.

7. Toleranz: OD: +/-0,01mm;Dicke: +/- 0,01%.

8. Coil banneschten Lach Gréisst: 500MM-1500MM (kann no Client Ufuerderunge ugepasst ginn)

9. Coil Héicht: 200MM-400MM (kann no Client Ufuerderunge ugepasst ginn)

10. Uewerfläch: Hell oder annealed
11. Material: 304, 304L, 316L, 321, 301, 201, 202, 409, 430, 410, Legierung 625, 825, 2205, 2507, etc.
12. Verpakung: Ënnerbeutel an Holzkëscht, hëlze Palette, hëlze Schaft, oder wéi de Client seng Ufuerderung
13. Test: chemesch Bestanddeel, Ausbezuelkraaft, Spannkraaft, Hardnessmessung
14. Garantie: Déi drëtt Partei (zum Beispill: SGS TV) Inspektioun, etc.
15. Applikatioun: Dekoratioun, Miwwelen, Uelegtransport, Wärmetauscher, Gelänner maachen, Pabeier maachen, Auto, Liewensmëttelveraarbechtung, medizinesch, etc.

Natierlech mikrobielle Gemeinschafte si phylogenetesch a metabolesch divers.Zousätzlech zu understudéierte Gruppen vun Organismen1, huet dës Diversitéit och e räiche Potenzial fir d'Entdeckung vun ekologesch a biotechnologesch bedeitend Enzymen a biochemesche Verbindungen2,3.Wéi och ëmmer, dës Diversitéit ze studéieren fir d'genomesch Weeër ze bestëmmen déi sou Verbindungen synthetiséieren an se un hir jeeweileg Hosten binden, bleift eng Erausfuerderung.D'biosynthetescht Potenzial vu Mikroorganismen am oppenen Ozean bleift gréisstendeels onbekannt wéinst Aschränkungen an der Analyse vu ganzen Genom Opléisungsdaten op weltwäiter Skala.Hei entdecken mir d'Diversitéit an d'Diversitéit vu biosyntheteschen Gencluster am Ozean andeems mir ongeféier 10,000 mikrobielle Genomen aus kultivéierten Zellen an eenzel Zellen mat méi wéi 25,000 nei rekonstruéierten Entworfgenomen aus iwwer 1,000 Mierwaasserproben integréieren.Dës Efforten hunn ongeféier 40.000 putativ meeschtens nei biosynthetesch Gencluster identifizéiert, e puer vun deenen a virdru ongedächtege phylogenetesch Gruppen fonnt goufen.An dëse Populatiounen, identifizéiert mir eng Linn an biosyntheteschen Gencluster beräichert ("Candidatus Eudormicrobiaceae") déi zu engem uncultivated bakteriell Phylum gehéiert an e puer vun de biosynthetically verschiddenste Mikroorganismen an dësem Ëmfeld abegraff.Vun dësen hu mir d'Phosphatase-Peptid- a Pytonamidweeër charakteriséiert, Fälle vun ongewéinlecher bioaktiver Verbindungsstruktur an Enzymologie z'identifizéieren, respektiv.Als Conclusioun weist dës Studie wéi Mikrobiome-baséiert Strategien d'Exploratioun vu virdru onbeschriwwenen Enzymen an natierleche Liewensmëttel an enger schlecht verstanener Mikrobiota an Ëmfeld erméigleche kënnen.
Mikroben féieren global biogeochemesch Zyklen, erhalen Liewensmëttelweben, a halen Planzen an Déieren gesond5.Hir enorm phylogenetesch, metabolesch a funktionell Diversitéit representéiert e räiche Potenzial fir d'Entdeckung vun neie Taxa1, Enzymen a biochemesche Verbindungen, dorënner natierlech Produkter6.An ökologesche Gemeinschaften ginn dës Moleküle Mikroorganismen mat enger Rei vu physiologeschen an ökologesche Funktiounen, vu Kommunikatioun bis Konkurrenz 2, 7.Zousätzlech zu hiren originelle Funktiounen, bidden dës natierlech Produkter an hir genetesch kodéiert Produktiounsweeër Beispiller fir biotechnologesch an therapeutesch Uwendungen2,3.D'Identifikatioun vun esou Weeër a Verbindunge gouf duerch d'Studie vu kultivéierte Mikroben immens erliichtert.Wéi och ëmmer, taxonomesch Studien vun natierlechen Ëmfeld hunn gewisen datt déi grouss Majoritéit vu Mikroorganismen net kultivéiert goufen8.Dës kulturell Bias limitéiert eis Fäegkeet fir déi funktionell Diversitéit auszenotzen, déi vu ville Mikroben kodéiert ass4,9.
Fir dës Aschränkungen ze iwwerwannen, hunn technologesch Fortschrëtter an de leschte Jorzéngt Fuerscher erlaabt direkt (dh ouni virdru Kultur) mikrobiell DNA Fragmenter aus ganze Gemeinschaften (Metagenomics) oder eenzel Zellen ze sequenzéieren.D'Kapazitéit fir dës Fragmenter a méi grouss Genomfragmenter ze sammelen a multiple metagenomesch gesammelt Genome (MAGs) oder eenzel amplifizéiert Genome (SAGs) ze rekonstruéieren, bzw.nei Weeër platzen.eegent genetesch Material an engem bestëmmten Ëmfeld) 10,11,12.Tatsächlech hunn rezent Studien déi phylogenetesch Duerstellung vun der mikrobieller Diversitéit op der Äerd immens erweidert1, 13 an hu vill vun der funktioneller Diversitéit an eenzelne mikrobielle Gemeinschaften opgedeckt, déi net virdru vu kultivéierte Mikroorganismus Referenzgenom Sequenzen (REFs) ofgedeckt sinn14.D'Kapazitéit fir onentdeckt funktionell Diversitéit am Kontext vum Hostgenom ze placéieren (dh Genom Opléisung) ass kritesch fir nach oncharakteriséiert mikrobielle Linnen virauszesoen, déi viraussiichtlech nei natierlech Produkter15,16 codéieren oder fir sou Verbindungen zréck an hiren urspréngleche Produzent17 ze verfolgen.Zum Beispill, eng kombinéiert metagenomesch an eenzel-cell-genomesch Analyse Approche huet zu der Identifikatioun vu Candidatus Entotheonella gefouert, eng Grupp vu metabolesch räiche Schwamm-assoziéierte Bakterien, als Produzente vu verschiddenen Drogenpotentialer18.Wéi och ëmmer, trotz kierzleche Versuche fir genomesch Exploratioun vu verschiddenen mikrobielle Gemeinschaften, 16,19 méi wéi zwee Drëttel vun de globalen metagenomesche Donnéeën fir de gréissten Ozean vun den Ökosystemer vun der Äerd16,20 feelen nach ëmmer.Also, am Allgemengen, bleift de biosynthetescht Potenzial vum Marinemikrobiom a säi Potenzial als Repository vun neien enzymateschen an natierleche Produkter gréisstendeels ënnerstudéiert.
Fir de biosynthetescht Potenzial vu Marine Mikrobiomen op weltwäiter Skala z'entdecken, hu mir fir d'éischt marinemikrobial Genome zesummegefaasst, déi mat Kultur-ofhängegen an net-Kulturmethoden kritt goufen, fir eng extensiv Datebank vu Phylogenetik a Genfunktioun ze kreéieren.Ënnersichung vun dëser Datebank réischt eng grouss Villfalt vun biosynthetic Gentherapie Stärekéip (BGCs), déi meescht vun deenen zu nach uncharacterized Gentherapie Stärekoup (GCF) Famillen gehéieren.Zousätzlech, identifizéiert mir eng onbekannt bakteriell Famill déi héchste bekannt Diversitéit vun BGCs am oppen Ozean ze Datum weist.Mir ausgewielt zwee ribosomal Synthese a post-translationally modifizéiert Peptid (RiPP) Weeër fir experimentell Validatioun baséiert op hir genetesch Differenzen aus aktuell bekannte Weeër.Déi funktionell Charakteriséierung vun dëse Weeër huet onerwaart Beispiller vun Enzymologie opgedeckt wéi och strukturell ongewéinlech Verbindunge mat Protease-inhibitoresch Aktivitéit.
Fir d'éischt hu mir als Zil eng global Datenressource fir Genomanalyse ze kreéieren, konzentréieren op seng bakteriell an archäesch Komponenten.Zu dësem Zweck hu mir metagenomesch Donnéeën an 1038 Mierwaasserproben aus 215 weltwäit verdeelt Probeplazen (Breedegrad = 141,6°) a verschidde déif Schichten (vun 1 bis 5600 m an Déift, déi pelagesch, mesopelagesch an abyssal Zonen iwwerdeckt).Background21,22,23 (Figebam. 1a, verlängert Donnéeën, Fig. 1a an Zousaz Table 1).Zousätzlech fir eng breet geographesch Ofdeckung ze bidden, hunn dës selektiv gefilterte Proben eis erlaabt verschidde Komponenten vum Marinemikrobiom ze vergläichen, dorënner Virus-räich (<0.2 µm), prokaryotesch-räich (0.2-3 µm), Partikel-räich (0.8 µm) ).-20 µm) a Virus-deplete (> 0,2 µm) Kolonien.
a, Insgesamt 1038 ëffentlech verfügbar Genome (Metagenomics) vu marinemikrobiellen Gemeinschaften gesammelt aus 215 weltwäit verdeelt Plazen (62°S bis 79°N an 179°W bis 179°E.).Kaart Fliesen © Esri.Quellen: GEBCO, NOAA, CHS, OSU, UNH, CSUMB, National Geographic, DeLorme, NAVTEQ, an Esri.b, goufen dës metagenomes benotzt MAGs (Methoden an zousätzlech Informatiounen) ze rekonstruéieren, déi an der Quantitéit a Qualitéit (Methoden) an der Datesätz ënnerscheeden (a Faarf markéiert).Déi rekonstruéiert MAGs goufen ergänzt mat ëffentlech verfügbaren (extern) Genomen, dorënner handgemaachte MAG26, SAG27 a REF.27 OMD kompiléieren.c, am Verglach mat fréiere Berichter baséiert nëmmen op SAG (GORG) 20 oder MAG (GEM) 16, verbessert OMD d'genomesch Charakteriséierung vu marinemikrobiellen Gemeinschaften (metagenomesch Lieskartéierungsrate; Method) ëm zwee bis dräimol mat méi konsequent Representatioun an Déift an Breet..<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 Gruppéierung an Artenclusterniveau (95% mëttlerer Nukleotididentitéit) identifizéiert insgesamt ongeféier 8300 Arten, méi wéi d'Halschent vun deenen net virdru charakteriséiert goufen no taxonomeschen Annotatiounen mat der GTDB (Versioun 89) e, Klassifikatioun vun Arten no Genom Typ huet gewisen datt MAG, SAG an REFs géigesäiteg ergänzen an der phylogenetesch Diversitéit vun reflektéieren. de Marine Mikrobiom.Besonnesch 55%, 26% an 11% vun de Spezies ware spezifesch fir MAG, SAG a REF, respektiv.BATS, Bermuda Atlantik Zäit Serie;GEM, Genome vum Äerdmikrobiome;GORG, global Ozean Referenz Genom;HOT, Hawaiian Ocean Zäit Serie.
Mat dësem Dataset rekonstruéiert mir am Ganzen 26.293 MAGs, meeschtens bakteriell an archaeal (Lalumi 1b an erweidert Donnéeën, Lalumi 1b).Mir hunn dës MAGs aus Versammlungen aus getrennten anstatt gepoolte metagenomesche Proben erstallt fir den Zesummebroch vun der natierlecher Sequenzvariatioun tëscht Proben aus verschiddene Plazen oder Zäitpunkten (Methoden) ze verhënneren.Ausserdeem hu mir genomesch Fragmenter gruppéiert baséiert op hir Prävalenzkorrelatiounen iwwer eng grouss Zuel vu Proben (vu 58 bis 610 Echantillon, jee no Ëmfro; Method).Mir hunn erausfonnt datt dëst en Zäitopwänneg awer wichtege Schrëtt24 ass, deen a ville grousse MAG16, 19, 25 Rekonstruktiounsaarbechten iwwersprongen gouf an d'Quantitéit (2,7-fach am Duerchschnëtt) an d'Qualitéit (+20% am Duerchschnëtt) wesentlech verbessert. genom.rekonstruéiert vun der Marine metagenome hei studéiert (verlängert Donnéeën, Fig. 2a an zousätzlech Informatiounen).Insgesamt hunn dës Efforten zu enger 4,5-fach Erhéijung vun de marinemikrobiellen MAGs gefouert (6-fach wann nëmme qualitativ héichwäerteg MAGs berücksichtegt ginn) am Verglach mat der ëmfaassendsten MAG-Ressource déi haut verfügbar ass16 (Methoden).Dësen nei erstallt MAG-Set gouf dunn mat 830 handgewielten MAG26s, 5969 SAG27s an 1707 REFs kombinéiert.Siwenanzwanzeg Arten vu Marine Bakterien an Archaea hunn eng kombinatoresch Sammlung vun 34.799 Genome gemaach (Fig. 1b).
Mir hunn dunn déi nei erstallt Ressource evaluéiert fir seng Fäegkeet ze verbesseren fir marine mikrobielle Gemeinschaften ze representéieren an den Impakt vun der Integratioun vu verschiddene Genomtypen ze bewäerten.Am Duerchschnëtt hu mir festgestallt datt et ongeféier 40-60% vun de marine metagenomesche Donnéeën deckt (Figure 1c), zwee bis dräimol d'Ofdeckung vu fréiere MAG-nëmmen Berichter a béid Déift a Breet Méi Serie 16 oder SAG20.Zousätzlech, fir systematesch taxonomesch Diversitéit an etabléierte Sammlungen ze moossen, hu mir all Genome mat der Genome Taxonomy Database (GTDB) Toolkit (Methoden) annotéiert an eng duerchschnëttlech Genom-breet Nukleotididentitéit vun 95% benotzt.28 fir 8.304 Artencluster (Arten) z'identifizéieren.Zwee-Drëttel vun dësen Arten (och nei Clades) waren net virdru am GTDB opgetaucht, vun deenen 2790 entdeckt goufen mat der MAG rekonstruéiert an dëser Etude (Fig. 1d).Ausserdeem hu mir festgestallt, datt verschidden Aarte vu Genomen héich ergänzen: 55%, 26% an 11% vun Arten si komplett aus MAG, SAG a REF komponéiert, respektiv (Fig. 1e).Zousätzlech huet MAG all 49 Typen, déi an der Waasserkolonn fonnt goufen, ofgedeckt, während SAG a REF nëmmen 18 respektiv 11 vun hinnen representéiert hunn.Allerdéngs representéiert SAG besser d'Diversitéit vun den heefegsten Claden (erweiderten Donnéeën, Fig. 3a), wéi Pelagic Bacteriales (SAR11), mat SAG deckt bal 1300 Arten an MAG nëmmen 390 Arten.Notamment hunn REFs selten mat MAGs oder SAGs um Artenniveau iwwerlappt a representéiert> 95% vun den ongeféier 1000 Genomen, déi net an den oppenen Ozean metagenomesche Sets fonnt goufen, déi hei studéiert goufen, haaptsächlech wéinst Interaktiounen mat aneren Typen vun isoléierten representativen Marine Exemplare (zB Sedimenter) .oder Host-Associé).Fir et wäit zur wëssenschaftlecher Gemeinschaft zur Verfügung ze stellen, kann dës Marine Genom Ressource, déi och onklassifizéiert Fragmenter enthält (zB vu virausgesote Phasen, genomesch Inselen, a Genom Fragmenter fir déi et net genuch Donnéeën fir MAG Rekonstruktioun gëtt), mat taxonomeschen Daten verglach ginn. .Zougang Annotatiounen zesumme mat Genfunktioun a Kontextparameter an der Ocean Microbiology Database (OMD; https://microbiomics.io/ocean/).
Mir hu sech dunn opgestallt fir de Räichtum an Neiheet vum biosynthetesche Potenzial an oppenen Ozeanmikrobiomen ze entdecken.Zu dësem Zweck hu mir als éischt antiSMASH fir all MAGs, SAGs a REFs benotzt, déi an 1038 Marine Metagenome (Methoden) fonnt goufen, fir am Ganzen 39.055 BGCs virauszesoen.Mir gruppéiere dës dann an 6907 Net-iwwerflësseg GCFs an 151 Gentherapie Stärekoup Populatiounen (GCCs; Zousaz Table 2 a Methoden) fir inherent Redundanz ze Kont (dh déi selwecht BGC kann zu MÉI genomes encoded ginn) an metagenomic Daten Fragmentatioun vun konzentréiert BGCs.Onkomplett BGCs net vill Erhéijung, wann all (Zousätzlech Informatiounen), d'Zuel vun GCFs an GCCs, bzw., mat op d'mannst een intakt BGC Member an 44% an 86% vun de Fäll.
Um GCC Niveau, hu mir eng grouss Varietéit vun virausgesot RiPPs an aner natierlech Produiten fonnt (Fig. 2a).Ënnert hinnen, zum Beispill, Arylpolyenen, Karotenoiden, Ektoinen a Siderophoren gehéieren zu GCCs mat enger breeder phylogenetescher Verdeelung an enger héijer Heefegkeet an oseanesche Metagenome, wat eng breet Adaptatioun vu Mikroorganismen un d'Marine-Ëmfeld beweise kann, dorënner Resistenz géint reaktiv Sauerstoffaarten, oxidativen an osmoteschen Stress..oder Eisenabsorptioun (méi Informatioun).Dës funktionell Diversitéit kontrastéiert mat enger rezenter Analyse vun ongeféier 1,2 Millioune BGCs ënner ongeféier 190.000 Genome gespäichert an der NCBI RefSeq Datebank (BiG-FAM/RefSeq, hei ënnendrënner als RefSeq bezeechent)29, déi gewisen huet datt netribosomal Synthetase Peptiden (NRPS) a Polyketide. (PKS) BGCs (Ergänzungsinformatioun).Mir fonnt och 44 (29%) GCCs nëmmen wäit ewech zu all RefSeq BGC Zesummenhang (\(\bar {d}\)RefSeq> 0,4; Lalumi 2a a Methoden) an 53 (35%) GCCs nëmmen am MAG, Highlight d'Potential fir virdrun onbeschriwwen Chemikalien am OMD z'entdecken.Kritt datt jiddereng vun dësen GCCs méiglecherweis héich divers biosynthetesch Funktiounen vertrieden, analyséiert mir weider Daten um GCF Niveau an engem Effort fir eng méi detailléiert Gruppéierung vu BGCs virausgesot fir ähnlech natierlech Produkter ze codéieren29.Am Ganzen 3861 (56%) identifizéiert GCFs net mat RefSeq iwwerlappt, an> 97% vun GCFs waren net präsent zu MIBiG, ee vun de gréisste Datenbanken vun experimentally validéiert BGCs (Dorënner 2b).Och wann et net iwwerraschend ass vill potenziell nei Weeër an Astellungen ze entdecken déi net gutt duerch de Referenzgenom vertruede sinn, ass eis Method fir BGCs an GCFs virum Benchmarking z'entdecken ënnerscheet sech vu fréiere Berichter 16 an erlaabt eis eng onparteiesch Bewäertung vun der Neiheet ze bidden.Déi meescht vun der neier Diversitéit (3012 GCF oder 78%) entsprécht virausgesot Terpenen, RiPP oder aner natierlech Produkter, an déi meescht (1815 GCF oder 47%) sinn an onbekannte Typen kodéiert wéinst hirem biosyntheteschen Potenzial.Am Géigesaz zu PKS an NRPS Stärekéip, sinn dës kompakt BGCs manner wahrscheinlech während metagenomic Assemblée fragmentéiert ginn 31 an erlaben méi Zäit- a Ressource-intensiv funktionell Charakteriséierung vun hire Produkter.
Am Ganzen 39.055 BGCs goufen an 6.907 GCFs an 151 GCCs gruppéiert.eng, Daten Representatioun (intern extern).Hierarchesch Clustering vu BGC Distanzen baséiert op GCC, 53 vun deenen nëmmen duerch MAG fixéiert sinn.D'GCC enthält BGCs aus verschiddene taxa (ln-transforméiert Gate Frequenz) a verschiddene BGC Klassen (Krees Gréisst entsprécht senger Frequenz).Fir all GCC, stellt de baussenzege Layer d'Zuel vun BGCs, der prevalence (Prozentsaz vun Echantillon), an der Distanz (Minimum BGC cosinus Distanz (min (dMIBiG))) aus BiG-FAM zu BGC.GCCs mat BGCs enk Zesummenhang mat experimentally verifizéiert BGCs (MIBiG) si mat Pfeile beliicht.b Verglach GCF mat virausgesot (BiG-FAM) an experimentally validéiert (MIBiG) BGCs, goufen 3861 nei (d-> 0,2) GCFs fonnt.Déi meescht (78%) vun dëse Code fir RiPP, Terpenen an aner putativ Naturprodukter.c, all Genomen am OMD fonnt an 1038 Marine Metagenome goufen am GTDB Basisbaum plazéiert fir d'phylogenetesch Ofdeckung vum OMD ze weisen.Clades ouni Genomen am OMD ginn a gro gewisen.D'Zuel vun de BGCs entsprécht der gréisst Zuel vu virausgesot BGCs pro Genom an enger bestëmmter Clade.Fir Kloerheet sinn déi lescht 15% vun de Wirbelen zesummegeklappt.Pfeile weisen Claden reich an BGC (> 15 BGC), mat Ausnam vu Mycobacterium, Gordonia (zweet nëmmen zu Rhodococcus), a Crocosphaera (zweet nëmmen zu Synechococcus).d, Unbekannt c.Eremiobacterota huet déi héchst biosynthetesch Diversitéit gewisen (Shannon Index baséiert op natierleche Produkttyp).All Band representéiert de Genom mat de meeschte BGCs an der Spezies.T1PKS, PKS Typ I, T2/3PKS, PKS Typ II an Typ III.
Zousätzlech zu Räichtum an Neiheet erfuere mir d'biogeographesch Struktur vum biosynthetesche Potenzial vum Marinemikrobiome.Gruppéierung vun Echantillon vun Moyenne metagenomic GCF Kopie Zuel Verdeelung (Methoden) gewisen, datt niddereg-Breet, Uewerfläch, prokaryotic-räich a Virus-aarm Communautéiten, meeschtens aus Uewerfläch oder déif Sonneluucht Waasser, räich an RiPP an BGC terpenes waren.Am Géigesaz, polare, déif Mier, Virus- a Partikel-räich Communautéiten sech mat méi héich abundances vun NRPS an PKS BGC (erweidert Daten, Lalumi 4 an zousätzlech Informatiounen) assoziéiert.Schlussendlech hu mir festgestallt datt gutt studéiert tropesch a pelagesch Gemeinschaften déi villverspriechend Quelle vun neien Terpenen sinn (Augmented Data Figure).Héchste Potenzial fir PKS, RiPP an aner natierlech Produkter (Figur 5a mat erweiderten Donnéeën).
Fir eis Studie vum biosynthetesche Potenzial vu Marinemikrobiome ergänzen, hu mir als Zil hir phylogenetesch Verdeelung ze kartéieren an nei BGC-beräichert Claden z'identifizéieren.Fir dëst Enn, plazéiert mir de genomes vun Marine microbes an engem normalized GTDB13 bakteriell an archaeal phylogenetic Bam an iwwerlaascht der putative biosynthetic Weeër se codéieren (Fig. 2c).Mir hu liicht e puer BGC-beräichert Claden (representéiert duerch iwwer 15 BGCs) an Mierwaasser Echantillon (Methoden) bekannt fir hir biosynthetesch Potential, wéi Cyanobakterien (Synechococcus) a Proteus Bakterien, wéi Tistrella32,33, oder viru kuerzem opmierksam gemaach fir hir natierlech Produkter.wéi Myxococcota (Sandaracinaceae), Rhodococcus a Planctomycetota34,35,36.Interessanterweis hu mir e puer virdru onerfuerscht Linnen an dëse Claden fonnt.Zum Beispill, déi Arten mat de räichste biosynthetic Potential an der Phylen Planctomycetota an Myxococcota gehéiert zu oncharacterized Kandidat Uerder a Genera, respektiv (Ergänzungstabell 3).Zesummegefaasst suggeréiert dëst datt den OMD Zougang zu virdru onbekannte phylogenetesch Informatioun ubitt, dorënner Mikroorganismen, déi nei Ziler fir Enzym an natierlech Produktentdeckung representéiere kënnen.
Nächst, charakteriséiert mir der BGC-beräichert clade vun net nëmmen déi maximal Zuel vun BGCs vun hire Memberen encoded zielen, mä och vun der Diversitéit vun dëse BGCs bewäerten, déi d'Frequenz vun verschidden Zorte vun natierleche Kandidatestatus erkläert (Figebam. 2c a Methoden). )..Mir hunn erausfonnt datt déi biosynthetesch divers Arten duerch speziell konstruéiert bakteriell MAGs an dëser Etude vertruede waren.Dës Bakterien gehéieren zum onkultivéierten Phylum Candidatus Eremiobacterota, dee gréisstendeels onerfuerscht bleift ausser e puer genomesche Studien37,38.Et ass bemierkenswäert datt "ca.D'Gattung Eremiobacterota gouf nëmmen an engem terrestreschen Ëmfeld analyséiert39 an ass net bekannt fir Memberen ze enthalen déi am BGC beräichert sinn.Hei hu mir aacht MAGs vun der selwechter Spezies rekonstruéiert (Nukleotididentitéit> 99%) 23. Mir proposéieren dofir den Artennumm "Candidatus Eudoremicrobium malaspinii", no der Nereid (Miernymph), e schéine Kaddo an der griichescher Mythologie an Expeditioune genannt.'Ka.No phylogenetic Annotation 13, E. malaspinii huet keng virdrun bekannt Famill ënnert der Sequenz Niveau a gehéiert also zu enger neier bakteriell Famill datt mir proposéieren "Ca.E. malaspinii" als Typ Arten an "Ca.Eudormicrobiaceae" als offiziellen Numm (Ergänzungsinformatioun).Kuerz metagenomesch Rekonstruktioun vum 'Ca.D'E. malaspinii Genom Projet war duerch ganz niddereg Input validéiert, laang gelies metagenomic sequencing an cibléiert Assemblée vun enger eenzeger Prouf (Methoden) als eenzeg 9,63 Mb linear chromosome mat engem 75 kb Duplikatioun validéiert.als déi eenzeg verbleiwen Ambiguititéit.
Fir de phylogeneteschen Kontext vun dëser Spezies z'etabléieren, hu mir no 40 enk verwandte Arten an zousätzlech eukaryotesch-beräichert metagenomesch Echantillon vun der Tara Ocean Expeditioun duerch geziilte Genomrekonstruktioun gesicht.Kuerz, hu mir metagenomesch Liesungen u genomesch Fragmenter verbonne mat "Ca.E. malaspinii" an hypothetiséiert datt eng erhéicht Rekrutéierungsquote an dëser Probe d'Präsenz vun anere Familljememberen (Methoden) weist.Als Resultat hu mir 10 MAGs fonnt, eng Kombinatioun vun 19 MAGs, déi fënnef Arten an dräi Gattungen an enger nei definéierter Famill representéieren (dh "Ca. Eudormicrobiaceae").No manueller Inspektioun a Qualitéitskontroll (erweidert Daten, Fig. 6 an zousätzlech Informatioun), hu mir festgestallt datt "Ca.Eudormicrobiaceae Arten presentéieren méi grouss Genomen (8 Mb) a méi räich biosynthetesch Potenzial (14 bis 22 BGC pro Art) wéi aner "Ca" Memberen.Clade Eremiobacterota (bis zu 7 BGC) (Fig. 3a-c).
a, Phylogenetic Positiounen vun de fënnef 'Ca.Spezies vun Eudormicrobiaceae weisen BGC Räichtum spezifesch fir d'Marine Linnen an dëser Etude identifizéiert.De phylogeneteschen Bam enthält all 'Ca.MAG Eremiobacterota a Membere vun anere Phylen (Genomnummeren an Klammeren) zur Verfügung gestallt an GTDB (Versioun 89) goufen fir evolutiver Hannergrond (Methoden) benotzt.Déi äusserst Schichten representéieren Klassifikatiounen op Familljenniveau ("Ca. Eudormicrobiaceae" an "Ca. Xenobiaceae") an um Klassenniveau ("Ca. Eremiobacteria").Déi fënnef Arten, déi an dëser Etude beschriwwe ginn, ginn duerch alphanumeresch Coden a proposéiert binomial Nimm vertruede (Ergänzungsinformatioun).b ,okj.Eudormicrobiaceae Arten deelen siwe gemeinsam BGC Käre.D'Feele vu BGC an der A2 Clade war wéinst der Onvollstännegkeet vum Vertrieder MAG (Ergänzungstabell 3).BGCs si spezifesch fir "Ca.Amphithomicrobium" an "Ca.Amphithomicrobium" (Clade A a B) ginn net gewisen.c, All BGCs kodéiert als "Ca.Eudoremicrobium taraoceanii gouf fonnt an 623 Metatranskriptome ausgedréckt aus den Ozeanen vun Tara.Staark Kreeser weisen eng aktiv Transkriptioun un.Orange Kreeser bezeechnen log2-transforméierte Klappverännerungen ënner an iwwer dem Haushaltsgenausdrockquote (Methoden).d, relativ Heefegkeetskurven (Methoden) déi 'Ca.Spezies vun Eudormicrobiaceae si verbreet an de meeschten Ozeanbassenger an an der ganzer Waasserkolonn (vun der Uewerfläch bis op d'mannst 4000 m Déift).Baséierend op dës Schätzunge hu mir festgestallt datt 'Ca.E. malaspinii 'kontent bis zu 6% vun prokaryotic Zellen an déif-Mier pelagic Kär-assoziéiert Communautéiten.Mir hunn eng Spezies ugesinn fir op engem Site präsent ze sinn, wann se an enger Fraktioun vun der Gréisst vun enger bestëmmter Tiefschicht fonnt gouf.IO - Indeschen Ozean, NAO - Nordatlantik, NPO - Nordpazifik, RS - Red Sea, SAO - Südatlantik, SO - Süden Ozean, SPO - Südpazifik.
Studéiert d'Heefegkeet an d'Verdeelung vu Ca.Eudormicrobiaceae, déi, wéi mir fonnt hunn, an de meeschte Ozeanbassenger dominéiert, wéi och an der ganzer Waasserkolonn (Fig. 3d).Lokal maachen se 6% vun der marinemikrobieller Gemeinschaft aus, wat se e wichtege Bestanddeel vum weltwäite Marinemikrobiom mécht.Zousätzlech hu mir de relativen Inhalt vu Ca fonnt.Eudormicrobiaceae Arten an hir BGC Ausdrock Niveauen waren héchsten an der eukaryotesche beräichert Fraktioun (Lalumi 3c a verlängert Donnéeën, Lalumi 7), eng méiglech Interaktioun mat particulate Matière besot, dorënner plankton.Dës Observatioun huet e puer Ähnlechkeet mat 'Ca.Eudoremicrobium BGCs déi zytotoxesch Naturprodukter duerch bekannte Weeër produzéieren, kënne predatoresch Verhalen weisen (Ergänzungsinformatioun an erweidert Donnéeën, Figur 8), ähnlech wéi aner Feinde, déi speziell Metaboliten wéi Myxococcus41 produzéieren.Entdeckung vun Ca.Eudormicrobiaceae a manner verfügbaren (déifen Ozean) oder eukaryoteschen anstatt prokaryotesch Proben kënnen erkläre firwat dës Bakterien an hir onerwaart BGC Diversitéit onkloer bleiwen am Kontext vun der natierlecher Liewensmëttelfuerschung.
Schlussendlech hu mir probéiert d'Versprieche vun eiser Mikrobiom-baséierter Aarbecht experimentell ze validéieren fir nei Weeër, Enzymen an natierlech Produkter z'entdecken.Ënnert de verschiddene Klasse vu BGCs ass de RiPP Wee bekannt fir eng räich chemesch a funktionell Diversitéit ze codéieren wéinst verschiddene post-translational Modifikatioune vum Kärpeptid vu reife Enzymen42.Also hu mir zwee 'Ca.Eudoremicrobium' RiPP BGCs (Figuren 3b an 4a-e) baséieren op d'selwecht wéi all bekannte BGC (\(\bar{d}\)MIBiG an \(\bar{d}\)RefSeq iwwer 0.2).
a–c, In vitro heterologen Ausdrock an in vitro enzymatesch Assays vun engem Roman (\(\bar{d}\)RefSeq = 0.29) Cluster vun der RiPP Biosynthese spezifesch fir déif Mier Ca Arten.E. malaspinii' huet zu der Produktioun vun diphosphoryléierte Produkter gefouert.c, Ännerunge identifizéiert mat High-Resolutioun (HR) MS / MS (Fragmentatioun, déi duerch b- an y-Ionen an der chemescher Struktur bezeechent gëtt) an NMR (erweidert Daten, Fig. 9).d, dëst phosphoryléiert Peptid weist eng geréng mikromolar Hemmung vu Mamendéierenneutrophil Elastase, déi net am Kontrollpeptid an dem dehydréierend Peptid (chemesch Entfernung induzéiert Dehydratioun) fonnt gëtt.D'Experiment gouf dräimol mat ähnlechen Resultater widderholl.Zum Beispill, heterologen Ausdrock vun engem zweete Roman \(\bar{d}\)RefSeq = 0.33) Stärekoup vun der Proteinbiosynthese beliicht d'Funktioun vu véier reife Enzymen, déi de 46 Aminosaier Kärpeptid änneren.D'Reschte gi gefierft no der Modifikatiounsplaz virausgesot duerch HR-MS / MS, Isotop-Etikettéierung, an NMR Analyse (Ergänzungsinformatioun).Gestreckt Faarf weist datt d'Modifikatioun op entweder vun den zwee Reschter geschitt.D'Figur ass eng Zesummesetzung vu ville heterologe Konstrukter fir d'Aktivitéit vun all reife Enzymen um selwechte Kär ze weisen.h, Illustratioun vun NMR Donnéeën fir Réckemuerch Amid N-methylation.Voll Resultater ginn an der Fig.10 mat erweiderten Donnéeën.ech, Phylogenetic Positioun vun der reife FkbM Protein Stärekoup Enzym ënnert all FkbM Beräicher fonnt an der MIBiG 2.0 Datebank entdeckt en Enzym vun dëser Famill mat N-Methyltransferase Aktivitéit (Ergänzungsinformatioun).Schematesch Diagrammer vun BGCs (a, e), Virleefer peptide Strukturen (b, f), a putative chemesch Strukture vun natierleche Produiten (c, g) sinn gewisen.
Den éischte RiPP Wee (\(\bar{d}\)MIBiG = 0.41, \(\bar{d}\)RefSeq = 0.29) gouf nëmmen an Déifmierarten "Ca.E. malaspinii" a Coden fir Peptide- Virleefer (Figebam. 4a, b).An dësem reife Enzym hu mir en eenzegt funktionellt Domain identifizéiert, dat homologt ass zum Dehydratiounsdomän vun der Lantipeptid Synthase, déi normalerweis Phosphorylatioun katalyséiert a spéider Entfernung vu 43 (Ergänzungsinformatioun).Dofir viraussoe mir datt d'Modifikatioun vum Virgänger-Peptid sou eng zwee-Schrëtt Dehydratioun involvéiert.Allerdéngs, mat Tandem Mass spektrometrie (MS /MS) an nuklear Magnéitfeld Resonanz Spektroskopie (NMR), identifizéiert mir eng polyphosphorylated linear peptide (Lalumi 4c).Och wann onerwaart, hu mir e puer Zeilen vu Beweiser fonnt fir datt se d'Ennprodukt sinn: zwee verschidden heterologen Hosten a keng Dehydratioun an in vitro Assays, Identifikatioun vu Schlësselreschter mutéiert an der katalytescher Dehydratiounsplaz vum reife Enzym.all rekonstruéiert vun "Ca".Den E. malaspinii Genom (erweidert Daten, Fig. 9 an zousätzlech Informatioun) an endlech d'biologesch Aktivitéit vum phosphoryléierte Produkt, awer net déi chemesch synthetiséiert dehydréiert Form (Fig. 4d).Tatsächlech hu mir festgestallt datt et eng niddereg mikromolar Protease-Inhibitiounsaktivitéit géint neutrophil Elastase weist, vergläichbar mat anere verwandte natierleche Produkter am Konzentratiounsberäich (IC50 = 14,3 μM) 44, trotz der Tatsaach, datt d'ökologesch Roll nach opgekläert bleift.Baséierend op dës Resultater proposéiere mir de Wee "Phospheptin" ze nennen.
Den zweete Fall ass e komplexe RiPP Wee spezifesch fir 'Ca.D'Gattung Eudoremicrobium (\(\bar{d}\)MIBiG = 0,46, \(\bar{d}\)RefSeq = 0,33) gouf virausgesot fir natierlech Proteinprodukter ze codéieren (Figebam. 4e).Dës Weeër si vu besonnesche biotechnologeschen Interessi wéinst der erwaarter Dicht a Varietéit vun ongewéinleche chemesche Modifikatioune, déi vun den Enzymen encodéiert goufen duerch déi relativ kuerz BGCs45.Mir hu festgestallt, datt dëst Protein sech vu virdru charakteriséierte Proteinen ënnerscheet, datt et souwuel den Haapt NX5N-Motiv vu Polyceramiden an d'Lanthionin-Schleife vu Landornamiden 46 fehlt.Fir d'Aschränkungen vun allgemengen heterologen Ausdrockmuster ze iwwerwannen, hu mir se zesumme mat engem personaliséierte Microvirgula aerodenitrificans System benotzt fir véier reife Passerelle Enzyme (Methoden) ze charakteriséieren.Mat enger Kombinatioun vu MS / MS, Isotop-Etikettéierung an NMR, hu mir dës reife Enzyme am 46-Aminosäurekär vum Peptid festgestallt (Fig. 4f, g, erweidert Daten, Fig. 10-12 an zousätzlech Informatioun).Ënnert reife Enzymen, charakteriséiert mir déi éischt Erscheinung vun engem FkbM O-Methyltransferase Familljemember 47 am RiPP Passerelle an onerwaart fonnt datt dëst reift Enzym d'Réckgrat N-Methylatioun féiert (Figebam. 4h, ech an zousätzlech Informatioun).Och wann dës Modifikatioun an natierlechen NRP48 Produkter bekannt ass, ass enzymatesch N-Methylatioun vun Amidbindungen eng komplex awer biotechnologesch bedeitend Reaktioun49, déi bis elo vun der RiPP Famill vu Borosine interesséiert war.Spezifikatioune vun 50-51D'Identifikatioun vun dëser Aktivitéit an anere Famillen vun Enzymen a RiPP kann nei Uwendungen opmaachen an d'funktionell Diversitéit vu Proteinen 52 an hir chemesch Diversitéit ausbauen.Baséierend op den identifizéierten Ännerungen an der ongewéinlecher Längt vun der proposéierter Produktstruktur proposéiere mir e Wee Numm "Pythonamid".
D'Entdeckung vun enger onerwaart Enzymologie an enger funktionell charakteriséierter Famill vun Enzymen illustréiert d'Versprieche vun der Ëmweltgenomik fir nei Entdeckungen, an illustréiert och déi limitéiert Kapazitéit fir funktionell Inferenz baséiert op Sequenz Homologie eleng.Also, zesumme mat Berichter vun net-kanonesche bioaktiven polyphosphoryléierte RiPPs, weisen eis Resultater Ressourceintensiv awer kritesch Wäert fir synthetesch Biologie Efforten fir de funktionnelle Räichtum, Diversitéit an ongewéinlech Strukture vu biochemesche Verbindungen voll z'entdecken.
Hei demonstréiere mir d'Band vu biosyntheteschen Potenzial kodéiert vu Mikroben an hirem genomesche Kontext am globalen Marinemikrobiome, erliichtert zukünfteg Fuerschung andeems déi resultéierend Ressource zur wëssenschaftlecher Gemeinschaft verfügbar ass (https://microbiomics.io/ocean/).Mir hunn erausfonnt datt vill vu senger phylogenetescher a funktioneller Neiheet nëmme ka kritt ginn andeems MAGs a SAGs rekonstruéiert ginn, besonnesch an underutiliséierte mikrobielle Gemeinschaften, déi zukünfteg Bioprospektéierungsefforte guidéiere kënnen.Och wa mir hei op 'Ca.Eudormicrobiaceae" als Lineage besonnesch biosynthetesch "talentéiert", vill vun de BGCs virausgesot an der onentdeckter Mikrobiota codéieren méiglecherweis virdru onbeschriwwen Enzymologien, déi Verbindunge mat ëmweltfrëndlechen an/oder biotechnologesch bedeitende Aktiounen erbréngen.
Metagenomesch Datesätz aus groussen Ozeanographeschen an Zäitseriestudien mat genuch Sequenzéierungsdéift goufen abegraff fir d'Ofdeckung vu globalen marinemikrobiellen Gemeinschaften an Ozeanbassenger, déif Schichten a mat der Zäit ze maximéieren.Dës Datesätz (Ergänzungstabelle 1 a Figur 1) enthalen metagenomics aus Proben gesammelt an den Ozeanen vun Tara (viral beräichert, n = 190; prokaryotesch beräichert, n = 180) 12,22 an der BioGEOTRACES Expeditioun (n = 480).Hawaiian Oceanic Time Series (HOT, n = 68), Bermuda-Atlantik Time Series (BATS, n = 62)21 an der Malaspina Expeditioun (n = 58)23.Sequencing Liesunge vun all metagenomesche Fragmenter goufen fir Qualitéit gefiltert mat BBMap (v.38.71) andeems se Sequenzéierungsadaptere vu Liesen ewechgeholl hunn, Liesungen, déi op Qualitéitskontrollsequenzen (PhiX Genome) kartéiert sinn, a benotzt trimq = 14, maq = 20 verwerft schlecht Liesqualitéit, maxns = 0 an minlength = 45. Duerno Analysë goufen lafen oder fusionéiert mat QC liesen wann uginn (bbmerge.sh minoverlap = 16).QC Liesungen goufen normaliséiert (bbnorm.sh Zil = 40, minddepth = 0) virum Bau mat MetaSPAdes (v.3.11.1 oder v.3.12 wann néideg)53.Déi doraus resultéierend scaffold contigs (nodréiglech als scaffolds bezeechent) goufen endlech duerch Längt (≥1 kb) gefiltert.
Déi 1038 metagenomesch Echantillon goufen a Gruppen ënnerdeelt, a fir all Grupp vu Proben goufen d'metagenomesch Qualitéitskontrollliese vun all Echantillon mat de Klammeren vun all Probe getrennt ugepasst, wat zu der folgender Zuel vun de Pairwise Klammeren Grupp liest: Tara Marine Virussen - beräichert (190 × 190 ), Prokaryoten beräichert (180 × 180), BioGEOTRACES, HOT a FLADERÄERGER (610 × 610) a Malaspina (58 × 58).D'Mapping gouf mat Burrows-Wheeler-Aligner (BWA) (v.0.7.17-r1188)54 gemaach, wat et erlaabt datt d'Liesunge mat sekundäre Site passen (mat der -a Fändel).Ausriichtunge goufen gefiltert fir op d'mannst 45 Base laang ze sinn, hunn ≥97% Identitéit, a span ≥80% liest.Déi resultéierend BAM-Dateien goufen mat dem jgi_summarize_bam_contig_depths Skript fir MetaBAT2 (v.2.12.1) 55 veraarbecht fir Intra- an Inter-Probe Ofdeckung fir all Grupp ze bidden.Endlech goufen Klammern gruppéiert fir d'Sensibilitéit ze erhéijen andeems se individuell MetaBAT2 op all Echantillon mat –minContig 2000 an –maxEdges 500. Mir benotzen MetaBAT2 amplaz vun engem Ensembel Boxer well et an onofhängegen Tester als déi effektiv Single Boxer gewise gouf.an 10 ze 50 Mol méi séier wéi aner allgemeng benotzt Boxer57.Fir den Effekt vun Iwwerflosskorrelatiounen ze testen, huet e zoufälleg ausgewielten Ënnerprobe vu Metagenomics (10 fir jiddereng vun den zwou Tara Ocean Datesätz, 10 fir BioGEOTRACES, 5 fir all Zäitreihe, a 5 fir Malaspina) zousätzlech Proben benotzt.Intern Proben gi gruppéiert fir Ofdeckungsinformatioun ze kréien.(Zousätzlech Informatiounen).
Zousätzlech (extern) Genome goufen an der spéider Analyse abegraff, nämlech 830 manuell ausgewielte MAGs aus engem Ënnerdeel vun der Tara Oceans26 Dataset, 5287 SAGs aus der GORG20 Dataset, an Daten aus der MAR Datebank (MarDB v. 4) aus 1707 isoléierten REFs an 682 SAGs) 27. Fir d'MarDB Dataset, ginn Genome ausgewielt op Basis vu verfügbare Metadaten, wann d'Probetyp dem folgende reguläre Ausdrock entsprécht: '[S|s]ingle.?[C|c]ell|[C|c]ulture| [I|i] isoléiert'.
D'Qualitéit vun all metagenomesche Container an extern Genome gouf mat CheckM (v.1.0.13) an dem Anvi'o's Lineage Workflow (v.5.5.0) 58,59 bewäert.Wann CheckM oder Anvi'o ≥50% Vollständegkeet / Vollständegkeet an ≤10% Kontaminatioun / Redundanz bericht, da späichert metagenomesch Zellen an extern Genome fir spéider Analyse.Dës Partituren goufen dann a mëttlerer Vollständegkeet (mcpl) a mëttlerer Kontaminatioun (mctn) kombinéiert fir Genomqualitéit no Gemeinschaftskriterien60 wéi follegt ze klassifizéieren: héich Qualitéit: mcpl ≥ 90% a mctn ≤ 5%;gutt Qualitéit: mcpl ≥ 70%, mctn ≤ 10%, mëttel Qualitéit: mcpl ≥ 50% a mctn ≤ 10%, fair Qualitéit: mcpl ≤ 90% oder mctn ≥ 10%.Déi gefilterte Genome goufen duerno mat Qualitéitsscores (Q a Q') korreléiert wéi follegt: Q = mcpl - 5 x mctn Q' = mcpl - 5 x mctn + mctn x (Stammverännerlechkeet) /100 + 0,5 x log[N50].(implementéiert an dRep61).
Fir komparativ Analyse tëscht verschiddenen Datequellen a Genom Typen (MAG, SAG a REF) z'erméiglechen, goufen 34.799 Genomen dereferéiert baséiert op der Genom-breet duerchschnëttlech Nukleotididentitéit (ANI) mat dRep (v.2.5.4).Widderhuelt) 61 ​​mat 95% ANI-Schwellen28,62 (-comp 0 -con 1000 -sa 0.95 -nc 0.2) an Single-Copy Marker Genen mat SpecI63 déi Genom Clustering um Speziesniveau ubidden.E Vertrieder Genom gouf fir all dRep Stärekoup ausgewielt no der maximal Qualitéit Score (Q ') uewen definéiert, déi als representativ vun der Spezies considéréiert gouf.
Fir d'Kaartgeschwindegkeet ze evaluéieren, gouf BWA (v.0.7.17-r1188, -a) benotzt fir all 1038 Sätze vu metagenomesche Liesungen mat 34.799 Genomen am OMD ze kartéieren.Qualitéitskontrolléiert Liesungen goufen am Single-End-Modus kartéiert an déi resultéierend Ausriichtung goufen gefiltert fir nëmmen Ausriichtungen ≥45 bp an der Längt ze behalen.an Identitéit ≥95%.D'Displayverhältnis fir all Probe ass de Prozentsaz vun de Liesungen déi no der Filtratioun bleiwen gedeelt duerch d'total Zuel vu Qualitéitskontrolllesungen.Mat der selwechter Approche gouf jidderee vun den 1038 Metagenome op 5 Milliounen Inserts reduzéiert (erweidert Daten, Fig. 1c) a mat GORG SAG an OMD an an all GEM16.D'Quantitéit vun de MAGs, déi aus Mierwaasser am GEM16 Katalog erholl goufen, gouf duerch Schlësselwuert Ufroe vu metagenomesche Quelle festgeluegt, Mierwaasserproben auswielen (zB am Géigesaz zu Marine Sedimenter).Speziell wielt "aquatesch" als "Ökosystemkategorie", "Marine" als "Ökosystemtyp" a filteren "Habitat" als "déif Ozean", "Marine", "Maritime Ozean", "Pelagesch Marine", "Marine Waasser" , "Ozean", "Sea Water", "Surface Sea Water", "Surface Sea Water".Dëst huet zu 5903 MAGs (734 héich Qualitéit) gefouert, verdeelt iwwer 1823 OTUs (Meenungen hei).
Prokaryotesch Genome goufen taxonomesch annotéiert mat GTDB-Tk (v.1.0.2) 64 mat Standardparameter, déi GTDB r89 Versioun 13 zielen. Anvi'o gouf benotzt fir eukaryotesche Genomen ze identifizéieren baséiert op Domain Viraussetzung a Réckruff ≥50% a Redundanz ≤ 10%.Déi taxonomesch Annotatioun vun enger Spezies gëtt als ee vu senge representativen Genomen definéiert.Mat Ausnam vun Eukaryoten (148 MAG), gouf all Genom fir d'éischt funktionell annotéiert mat Prokka (v.1.14.5)65, komplett Genen benennt, "Archaea" oder "Bakterien" Parameteren definéiert wéi néideg, wat och fir Net- codéieren Genen.a CRISPR Regiounen, ënner anerem genomesche Funktiounen.Annotéiert virausgesot Genen andeems Dir universal Single-Copy Marker Genen (uscMG) mat fetchMG (v.1.2) 66 identifizéiert, Orthologgruppen zouzeweisen a froen mat emapper (v.2.0.1) 67 baséiert op eggNOG (v.5.0)68.KEGG Datebank (publizéiert 10. Februar 2020) 69. De leschte Schrëtt gouf gemaach andeems Proteine ​​mat der KEGG Datebank passen mat DIAMOND (v.0.9.30) 70 mat enger Ufro an Thema Ofdeckung vun ≥70%.Resultater goufen weider Filteren no NCBI Prokaryotic Genom Annotation Pipeline71 baséiert op bitrate ≥ 50% vun maximal erwaart bitrate (Link selwer).Gen Sequenzen goufen och als Input benotzt fir BGCs am Genom ze identifizéieren mat antiSMASH (v.5.1.0) 72 mat Standardparameter a verschiddene Stärekoup Explosiounen.All Genomen an Annotatiounen goufen an OMD zesumme mat kontextuellen Metadaten, déi um Internet verfügbar sinn (https://microbiomics.io/ocean/) zesummegesat.
Ähnlech wéi virdru beschriwwe Methoden12,22 hu mir CD-HIT (v.4.8.1) benotzt fir > 56,6 Millioune Proteinkodéierungsgenen aus bakteriellen an archaealen Genomen vun OMD an 95% Identitéit a méi kuerz Genen (90% Ofdeckung)73 bis >17,7 Millioune Gencluster.Déi längste Sequenz gouf als representativ Gentherapie fir all Genkoup gewielt.D'1038 metagenomes sech dann zu> 17,7 Millioune BWA (-a) Stärekoup Memberen reagéiert an déi doraus resultéierend BAM Fichier'en goufen gefiltert nëmmen alignments mat ≥95% Prozent Identitéit an ≥45 Basis alignments ze behalen.D'Längt-normaliséiert Gen Heefegkeet gouf berechent andeems d'éischt Inserts aus der beschter eenzegaarteger Ausrichtung zielen an dann, fir fuzzy-mapped Inserts, Fraktiounszuele fir déi entspriechend Zilgenen proportional zu hirer Unzuel vun eenzegaartegen Inserts bäidroen.
D'Genomen aus dem erweiderten OMD (mat zousätzlech MAGs aus "Ca. Eudormicrobiaceae", kuckt hei ënnen) goufen an d'mOTUs74 metagenomesch Analyse-Tool-Datebank (v.2.5.1) bäigefüügt fir eng erweidert mOTU-Referenz-Datebank ze kreéieren.Nëmme sechs Single-Copy Genomen (23.528 Genome) hunn aus zéng uscMGs iwwerlieft.D'Expansioun vun der Datebank huet zu 4.494 zousätzlech Stärekéip op Artenniveau gefouert.1038 metagenomes sech mat Default mOTU Parameteren analyséiert (v.2).Insgesamt 989 Genomen, déi a 644 mOTU Stärekéip enthale sinn (95% REF, 5% SAG an 99,9% gehéiert zu MarDB) goufen net vum mOTU Profil festgestallt.Dëst reflektéiert verschidden zousätzlech Quelle vun der Marine Isolatioun vun de MarDB Genomen (déi meescht vun den ondetektéierten Genome si mat Organismen isoléiert aus Sedimenter, Marine Hosten, etc.).Fir weider op den oppenen Ozeanëmfeld an dëser Etude ze fokusséieren, hu mir se vun der Downstream Analyse ausgeschloss, ausser se goufen festgestallt oder an der erweiderter mOTU Datebank erstallt an dëser Etude abegraff.
All BGCs aus MAG, SAG an REF zu OMD (kuckt uewen) sech mat BGCs kombinéiert an all metagenomic scaffolds identifizéiert (antiSMASH v.5.0, Standard Parameteren) a charakteriséiert mat BiG-SLICE (v.1.1) (PFAM Domain)75.Baséiert op dëse Fonctiounen, mir berechent all cosinus Distanzen tëscht BGCs an gruppéiere hinnen (mengen Linken) an GCF an GCC benotzt Distanz Schwellen vun 0,2 an 0,8 respektiv.Dës Schwellen sinn eng Adaptatioun vu Schwellen, déi virdru benotzt goufen Euklidescher Distanz75 zesumme mat Kosinusdistanz, wat e puer vun de Feeler an der ursprénglecher BiG-SLICE Clusterstrategie (Ergänzungsinformatioun) erliichtert.
BGCs goufen duerno gefiltert fir nëmmen ≥5 kb kodéiert op Scaffolds ze halen fir de Risiko vun der Fragmentatioun ze reduzéieren wéi virdru beschriwwen16 a fir MarDB REFs a SAGs net an 1038 Metagenomen auszeschléissen (kuckt hei uewen).Dëst huet dozou gefouert datt am Ganzen 39.055 BGCs vum OMD-Genom codéiert goufen, mat zousätzlech 14.106 op metagenomesche Fragmenter identifizéiert (dh net a MAGs kombinéiert).Dës "metagenomic" BGCs goufen benotzt den Undeel vun Marine microbiome Biosynthese Potential ze schätzen net an der Datebank ageholl (Ergänzlech Informatiounen).All BGC gouf funktionell charakteriséiert no viraussiichtlech Produktarten, definéiert duerch Anti-SMASH oder méi grober Produktkategorien, definéiert an BiG-SCAPE76.Ze verhënneren Prouf Viraussetzunge vun quantification (taxonomic a funktionell Zesummesetzung vun GCC /GCF, Distanz vun GCF an GCC zu Referenz Datenbanken, an metagenomic Heefegkeet vun GCF), vun hält nëmmen de längsten BGC pro GCF fir all Arten, 39.055 BGCs sech weider deduplicated, am Ganzen 17.689 BGC.
D'Neiheet vun GCC an GCF war baséiert op der Distanz tëscht der berechent Datebank (RefSeq Datebank an BiG-FAM) 29 an der experimentally iwwerpréift (MIBIG 2.0) 30 BGC évaluéieren.Fir jiddereng vun den 17.689 representativ BGCs, hu mir de klengste Cosinus Distanz zu der jeeweileg Datebank gewielt.Dës Minimum Distanzen sinn dann duerchschnëttlech (mëttelméisseg) no GCF oder GCC, wéi entspriechend.E GCF gëtt als nei ugesinn wann d'Distanz zu der Datebank méi wéi 0,2 ass, wat zu enger idealer Trennung tëscht dem (duerchschnëttleche) GCF an der Referenz entsprécht.Fir GCC wielen mir 0,4, dat ass zweemol de Schwell definéiert vu GCF, fir eng laangfristeg Relatioun mat Linken ze spären.
D'metagenomic Heefegkeet vun BGC war als Moyenne Heefegkeet vu senge biosynthetic Genen geschat (wéi vun Anti-SMASH bestëmmt) sinn aus Gentherapie-Niveau Profiler.D'metagenomic Heefegkeet vun all GCF oder GCC war dann als Zomm vun representativ BGCs berechent (aus 17.689).Dës Iwwerflosskaarten goufen duerno fir bewosst Zesummesetzung normaliséiert mat der pro-Probe mOTU Zuel, déi och fir Sequenzéierungsefforten ausgemaach huet (erweidert Daten, Fig. 1d).D'Heefegkeet vun GCF oder GCC war als Prozentsaz vun Echantillon mat engem Heefegkeet berechent> 0.
D'Euklidesch Distanz tëscht Echantillon war aus der normalized GCF Profil berechent.Dës Distanzen goufen an der Gréisst reduzéiert mat UMAP77 an déi doraus resultéierend Embeddings goufen fir onkontrolléiert Dicht-baséiert Clustering benotzt mat HDBSCAN78.Déi optimal Mindestzuel vu Punkte fir e Stärekoup (an domat d'Zuel vun de Stärekéip) déi vun HDBSCAN benotzt gëtt gëtt festgeluegt andeems d'kumulativ Wahrscheinlechkeet vun der Cluster Memberschaft maximéiert.Déi identifizéiert Stärekéip (an eng zoufälleg equilibréiert Ënnerprobe vun dëse Stärekéip fir Bias an permutational multivariate Varianzanalyse (PERMANOVA) ze berechnen) goufen fir Bedeitung géint onreduzéiert Euklidesch Distanzen mat PERMANOVA getest.Déi duerchschnëttlech Genomgréisst vun de Proben gouf berechent baséiert op der relativer Heefegkeet vu mOTU an der geschätzter Genomgréisst vun de Membere vun de Genomen.Besonnesch déi duerchschnëttlech Genomgréisst vun all mOTU gouf geschat als den Duerchschnëtt vun de Genomgréissten vu senge Memberen korrigéiert fir Vollständegkeet (no der Filterung) (zum Beispill e 75% komplette Genom mat enger Längt vun 3 Mb huet eng ugepasst Gréisst vu 4 Mb).fir mëttel Genome mat Integritéit ≥70%.Déi duerchschnëttlech Genomgréisst fir all Probe gouf dunn als Zomm vu mOTU Genomgréissten berechent, gewiicht duerch relativ Heefegkeet.
E gefilterte Set vu genomkodéierte BGCs am OMD gëtt a bakteriellen an archaealen GTDB Beem gewisen (an ≥5 kb Kaderen, ausser REF a SAG MarDB net an 1038 Metagenome fonnt, kuckt uewen) an hir virausgesot Produktkategorien op Basis vun der Phylogenetik Positioun vum Genom (kuckt uewen).Mir hunn d'éischt d'Donnéeën no Arten reduzéiert, andeems de Genom mat de meeschte BGCs an där Spezies als Vertrieder benotzt.Fir visualization, goufen d'Vertrieder weider an Bam Gruppen ënnerdeelt, an erëm, fir all celled clade, war de Genom mat der gréisst Zuel vun BGCs als Vertrieder ausgewielt.BGC-beräichert Arten (op d'mannst ee Genom mat> 15 BGCs) sech weider analyséiert vun Berechnung vun der Shannon Diversitéit Index fir de Produit Zorte an deenen BGCs encoded.Wann all virausgesot Produktarten d'selwecht sinn, gi chemesch Hybriden an aner komplex BGCs (wéi vun Anti-SMAH virausgesot) als déiselwecht Produktart ugesinn, onofhängeg vun hirer Uerdnung am Cluster (zB Protein-Bakteriocin a Bakteriocin-Proteoprotein Fusioun Kierper).Hybrid).
Rescht DNA (geschätzt 6 ng ze sinn) aus Malaspina Probe MP1648, entspriechend der biologescher Probe SAMN05421555 a passt op Illumina SRR3962772 metagenomesche Liesset fir kuerz Liesen, veraarbecht no PacBio Sequenzéierungsprotokoll mat ultra-nidderegen Input fir PacBio-Bio-Kit Protokoll ze benotzen Kit (100-980-000) an SMRTbell Express 2.0 Schabloun Virbereedung Kit (100-938-900).Kuerz gesot, déi verbleiwen DNA gouf geschnidden, gefléckt a gereinegt (ProNex Perlen) mat Covaris (g-TUBE, 52104).Purifizéiert DNA gëtt dann un d'Bibliothéikpräparatioun, d'Verstäerkung, d'Reinigung (ProNex Perlen) a d'Gréisstauswiel (> 6 kb, Blue Pippin) ënnerworf ier e leschte Reinigungsschrëtt (ProNex Perlen) a Sequenzéierung op der Sequel II Plattform.
Rekonstruktioun vun den éischten zwee ca.Fir MAG Eremiobacterota, hu mir sechs zousätzlech ANIs identifizéiert> 99% (dës sinn an der Figur 3 abegraff), déi am Ufank op Kontaminatiounsscore gefiltert goufen (spéider als Genduplikatioune identifizéiert, kuckt hei ënnen).Mir hunn och e Schacht mam Label "Ca" fonnt.Eremiobacterota" aus verschiddene Studien23 a benotzt se zesumme mat aacht MAGs aus eiser Etude als Referenz fir metagenomesch Liesungen aus 633 eukaryotesche beräicherten (> 0.8 µm) Proben mat BWA (v.0.7.17) Ref -r1188, - e Fändel) fir downsampled Kartéierung (5 Millioune Liesungen).Baséierend op Beräicherungsspezifesch Kaarten (filteréiert duerch 95% Ausriichtung Identitéit an 80% Liesdeckung), goufen 10 Metagenome (erwaart Ofdeckung ≥5 ×) fir d'Versammlung ausgewielt an eng zousätzlech 49 Metagenome (erwaart Ofdeckung ≥1 ×) fir Inhaltskorrelatioun.Mat selweschten Parameteren wéi hei uewen, goufen dës Echantillon bindéiert an 10 zousätzlech 'Ca's goufen derbäigesat.MAG Eremiobacterota gouf restauréiert.Dës 16 MAGs (net déi zwee schonn an der Datebank zielen) bréngen d'total Zuel vu Genomen am erweiderten OMD op 34,815.MAGs ginn taxonomesch Reihen zougewisen baséiert op hirer genomesch Ähnlechkeet a Positioun am GTDB.18 MAGs goufen dereplizéiert mat dRep a 5 Arten (intraspezifesch ANI > 99%) an 3 Gattungen (intragener ANI 85% bis 94%) bannent der selwechter Famill79.Spezies Vertrieder goufen manuell ausgewielt baséiert op Integritéit, Kontaminatioun, an N50.Virgeschloe Nomenclature gëtt an der Ergänzungsinformatioun geliwwert.
Bewäert d'Integritéit an d'Kontaminatioun vum 'Ca.MAG Eremiobacterota, hu mir d'Präsenz vun uscMG bewäert, souwéi Lineage- an Domain-spezifesch Single-Copy Marker Gen Sets benotzt vun CheckM an Anvi'o.D'Identifikatioun vun 2 Duplikaten aus 40 uscMGs gouf duerch phylogenetesch Rekonstruktioun bestätegt (kuckt hei ënnen) fir all potenziell Kontaminatioun auszeschléissen (dëst entsprécht 5% baséiert op dësen 40 Markéiergenen).Eng zousätzlech Studie vu fënnef representativen MAGs 'Ca.Den nidderegen Niveau vu Verschmotzung an dëse rekonstruéierte Genome gouf fir Eremiobacterota Arten bestätegt mat der interaktiver Anvi'o Interface baséiert op Iwwerfloss a Sequenz Zesummesetzung Korrelatiounen (Ergänzungsinformatioun)59.
Fir phylogenomesch Analyse hu mir fënnef representativ MAGs "Ca" ausgewielt.Eudormicrobiaceae", all Arten "Ca.De Genom vun Eremiobacterota a Membere vun anere Phylen (och UBP13, Armatimonadota, Patescibacteria, Dormibacterota, Chloroflexota, Cyanobacteria, Actinobacteria a Planctomycetota) ass verfügbar vun GTDB (r89)13.All dës Genome goufen annotéiert wéi virdru beschriwwen fir eenzel Kopie Markéierer Gen Extraktioun an BGC Annotatioun.D'GTDB Genome goufen no den uewe genannten Integritéit a Kontaminatiounskriterien konservéiert.Phylogenetesch Analyse gouf mat dem Anvi'o Phylogenetics59 Workflow gemaach.De Bam gouf gebaut mat IQTREE (v.2.0.3) (Standardoptiounen an -bb 1000)80 op enger Ausriichtung vun 39 Tandem ribosomale Proteinen identifizéiert vun Anvi'o (MUSCLE, v.3.8.1551)81.Seng Positiounen goufen reduzéiert.op d'mannst 50% vun der genome82 ze decken a Planctomycecota war als Outgroup baséiert op der GTDB Bam Topologie benotzt.Ee Bam vun 40 uscMGs gouf mat de selwechte Tools a Parameteren gebaut.
Mir hunn Traitar (v.1.1.2) mat Standardparameter (Phänotyp, vun Nukleotiden)83 benotzt fir gemeinsame mikrobielle Charaktere virauszesoen.Mir hunn e potenzielle predatoresche Liewensstil exploréiert baséiert op engem virdru entwéckelte predatoresche Index84, deen vum Inhalt vun engem Proteinkodéierende Gen am Genom hänkt.Speziell benotze mir DIAMOND fir Proteinen am Genom géint d'OrthoMCL Datebank (v.4)85 ze vergläichen mat den Optiounen –more-sensive –id 25 –query-cover 70 –subject-cover 70 –top 20 AN zielen d'Gen entspriechend zu d'Markergenen fir Raubdéieren an Net-Raubdéieren.Den Index ass den Ënnerscheed tëscht der Zuel vu predatoreschen an net predatoreschen Marken.Als zousätzlech Kontroll hu mir och de "Ca" Genom analyséiert.Den Entotheonella TSY118 Faktor baséiert op senger Associatioun mat Ca.Eudoremicrobium (grouss Genomgréisst a biosynthetescht Potenzial).Als nächst hu mir potenziell Links tëscht Raubdéier- an Net-Raubdéiermarkergenen an dem biosynthetesche Potenzial vu Ca getest.Eudormicrobiaceae" a fonnt datt net méi wéi ee Gen (vun all Typ vu Marker-Gen, dh Raubdéier / Net-Raubdéier-Gen) iwwerlappt mat BGC, suggeréiert datt BGC keng Predatiounssignaler verwiesselt.Zousätzlech genomesch Annotatioun vu scrambled Replicons gouf mat TXSSCAN (v.1.0.2) gemaach fir de Sekretiounssystem, Pili a Flagella86 spezifesch z'ënnersichen.
Fënnef representativ 'Ca's goufen kartéiert andeems 623 Metatranskriptome vun de prokaryoteschen an eukaryotesche Beräicherungsfraktioune vun den Tara Ozeanen22,40,87 kartéiert goufen (mat BWA, v.0.7.17-r1188, -a Fändel).Eudormicrobiaceae Genom.BAM-Dateien goufen mat FeatureCounts (v.2.0.1)88 veraarbecht no 80% Liesdeckung an 95% Identitéitsfilter (mat Optiounen FeatureCounts -primary -O -fraktioun -t CDS,tRNA -F GTF -g ID -p ) zielt den Zuel vun Inserts pro Gen.Déi generéiert Kaarten goufen normaliséiert fir d'Genlängt an d'Marker-Gen-Heefegkeet mOTU (Längt-normaliséierter Duerchschnëtts-Insertiounszuel fir Genen mat Insertiounszuel> 0) a Log-transforméiert op 22,74 fir de relativen Ausdrock pro Zell vun all Genniveau ze kréien, wat och den Niveau erkläert. Variabilitéit vu Probe op d'Probe wärend der Sequenzéierung.Esou Verhältnisser erlaben eng komparativ Analyse, d'Zesummesetzungsprobleemer ze reduzéieren wann Dir relativ Heefegkeetsdaten benotzt.Nëmmen Echantillon mat> 5 vun der 10 mOTU Marker Genen sech fir weider Analyse considéréiert fir e groussen genuch Deel vun der Genom ze erkennen.
Den normaliséierte Transkriptomprofil vum 'Ca.E. taraoceanii war Dimensiounsreduktioun mat UMAP ënnerworf an déi doraus resultéierend Representatioun gouf fir unsupervised Clustering benotzt HDBSCAN (kuckt uewen) Ausdrock Status ze bestëmmen.PERMANOVA Tester d'Bedeitung vun Differenzen tëscht identifizéierten Stärekéip am Original (net reduzéiert) Distanzraum.Differential Ausdrock tëscht dëse Konditiounen war iwwer de Genom getest (kuckt uewen) an 201 KEGG Weeër sech zu 6 funktionell Gruppen identifizéiert, nämlech: BGC, secretion System an flagellar Genen aus TXSSCAN, Ofbau Enzymen (Protease an peptidases), a predatory an Net- predatoresch Genen.predatoresch Indexmarker.Fir all Prouf, berechent mir d'Steiren normalized Ausdrock fir all Klass (Note datt BGC Ausdrock selwer als Steiren Ausdrock vun biosynthetic Genen fir datt BGC berechent ass) a fir Bedeitung iwwer Staaten getest (Kruskal-Wallis Test fir FDR ugepasst).
Synthetesch Genen goufen aus GenScript kaaft an PCR Primer goufen aus Microsynth kaaft.Phusion Polymerase vun Thermo Fisher Scientific gouf fir DNA Amplifikatioun benotzt.NucleoSpin Plasmiden, NucleoSpin Gel a PCR Reinigungskit vu Macherey-Nagel goufen fir DNA Reinigung benotzt.Restriktiouns Enzymen an T4 DNA Ligase goufen aus New England Biolabs kaaft.Chemikalien ausser Isopropyl-β-d-1-thiogalactopyranoside (IPTG) (Biosynth) an 1,4-dithiothreitol (DTT, AppliChem) goufen aus Sigma-Aldrich kaaft an ouni weider Offäll benotzt.D'Antibiotike Chloramphenicol (Cm), Spectinomycin Dihydrochlorid (Sm), Ampicillin (Amp), Gentamicin (Gt), a Carbenicillin (Cbn) goufen vun AppliChem kaaft.Bacto Trypton a Bacto Yeast Extrakt Medien Komponente goufen vun BD Biosciences kaaft.Trypsin fir Sequenzéierung gouf vu Promega kaaft.
Gen Sequenzen goufen aus Anti-SMASH virausgesot BGC 75.1 extrahéiert.E. malaspinii (Ergänzungsinformatioun).
D'Genen embA (locus, MALA_SAMN05422137_METAG-framework_127-gene_5), embM (locus, MALA_SAMN05422137_METAG-framework_127-gene_4), an embAM (inklusive intergene Regiounen a synthetesch) goufen optimiséiert (och intergene Regiounen a synthetesch) optiméiert an pUC7 Sequenzen fir Ausdrock an E wéini.D'embA Gentherapie gouf an déi éischt Multiple Klonen Site (MCS1) vun pACYCDuet-1 (CmR) an pCDFDuet-1 (SmR) mat BamHI an HindIII Spaltung Siten subcloned.D'embM an embMopt Genen (codon-optimiséiert) goufen an MCS1 pCDFDuet-1 (SmR) mat BamHI an HindIII subcloned an an der zweeter Multiple Klonen Site vun pCDFDuet-1 (SmR) an pRSFDuet-1 (KanR) (MCS2) mat. NdeI/ChoI.D'embAM Kassett gouf an pCDFDuet1 (SmR) mat BamHI an HindIII Spaltplazen subcloned.D'orf3 /embI Gen (locus, MALA_SAMN05422137_METAG-scaffold_127-gene_3) gouf duerch Iwwerlappungsverlängerung PCR gebaut mat Primer EmbI_OE_F_NdeI an EmbI_OE_R_XhoI, verdaut mat NdeI /XhoI, verdaut mat NdeI /XhoI, a ligéiert an d'selwescht pSCD-Enzyme benotzt (MCuppM-Embion) lementaresch Dësch).6).Restriktioun Enzym Verdauung a Ligation war no dem Hiersteller d'Protokoll (New England Biolabs) gesuergt.