01 研究背景 天然微生物群落在系统发育和代谢上具有多样性,这种多样性的潜力还包括生态和生物相关的酶和生化化合物。然而,研究这种多样性以确定合成这类化合物的基因途径并将其分配给各自的宿主仍然具有挑战性。目前开放海洋中微生物的生物合成潜力在很大程度上仍是未知的。 02 研究方法 图 分析流程 03 研究结果 汇总了215个全球分布采样点和几个深层的1038个海水样本的宏基因组数据以及背景信息。这些样品除了提供广泛的地理覆盖范围外还能够比较海洋微生物组的不同组分(图1) 图2 在全球范围内重建 MAGs 填补了海洋系统发育学多样性的空白 2、全球海洋微生物组的生物合成潜力 研究继续探索了开放海洋微生物组中生物合成潜力的丰富程度和新颖性程度。首先对所有MAGs、SAGs和 REFs 进行预测,共获得39055个BGCs。它们分别聚为6907个非冗余 GCF 和151个基因簇家族(GCCs)。 图3 海洋微生物组生物合成潜力的新颖性和系统发育学分布 3、富含 BGC 谱系的鉴定 图4 富含 BGC 家族的'Ca.Eudoremicrobiaceae’ 系统发育、生物合成潜力和分布 4、新酶和天然产物 第一个 RiPP 通路仅在深海物种的 'Ca.E.malaspinii’ 中发现并编码由唯一成熟酶修饰的前体胃蛋白酶(图5a,b)。第二个是'Ca.Eudoremicrobium’特异性的复杂 RiPP 通路,可能编码蛋白质天然产物(图5e)。研究表征了这些通路中首次出现一个 FkbMO-甲基转移酶家族成员,是这种成熟酶引入了c骨架 N-甲基化(图5h、i)。 图5 'Ca.Eudoremicrobiaceae’属是特殊的酶学和天然产物结构的来源 04 研究结论 文章证明了微生物编码的生物合成潜力的程度及其在全球海洋微生物组中的基因组背景。发现大多数系统发育学和功能新颖性只有通过重建 MAGs 和 SAGs 才能获得。文中关注了一个特殊谱系“Ca.Eudoremicrobiaceae”的生物合成潜能,在其他的微生物类群中预测的许多 BGC 也可能编码以前未确定的酶,产生具有生态和/或生物技术相关活性的化合物。 参考文献 Biosynthetic potential of the global ocean microbiome . Nature , 2022. |
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