厌氧氨氧化(anammox)细菌在全球氮循环和废水氮去除中发挥着至关重要的作用,由于anammox细菌生长缓慢、难以培养等特点,对其生态学和生物学特性知之甚少。近日,凌恩生物合作客户重庆大学陈猷鹏教授团队在《Science of the Total Environment》发表研究论文“New insights into functional divergence and adaptive evolution of uncultured bacteria in anammox community by complete genome-centric analysis”。研究通过PacBio HiFi测序获得anammox细菌群落的全基因组信息,揭示其多样性、功能特性和适应性进化机制,为进一步研究anammox细菌的生态角色和生物技术应用提供理论依据。 实验设计 样本类型:从实验室颗粒污泥反应器中收集五个重复样品 测序方案及数据量:三代宏基因组测序26.7G HiFi data ,二代宏基因组35.3G Illumina data 主要研究结果 1.组装生成30个cMAGs cMAGs是从宏基因组数据中组装获得细菌的完整基因组(complete MAGs)。本研究通过HiFi测序和组装获得30个cMAGs。研究发现,这些cMAGs代表了9个不同的门,其中Patescibacteria门的数量最多,但其基因组非常小且编码蛋白质数量较少。此外,有三个cMAGs无法被分类到已知的属或科级别,通过比较分析,发现其中一个cMAGs是Ca. Jettenia属的新物种。 2.cMAGs功能分析 通过对30个cMAGs的基因组进行分析,发现除了Patescibacteria外,其他细菌在氮和铁循环方面可能发挥着重要作用。同时,Planctomycetota和Chloroflexota在碳循环中起到重要作用。此外,还有13个物种能够利用三种不同的固碳途径进行自养生长。进一步讨论了不同菌在维生素、辅酶和铁代谢等方面的功能差异。 3.cMAGs氮代谢的功能分化 为了进一步探索这些细菌在氮代谢方面的功能差异,研究者利用氮循环数据库(NCycDB)对30个cMAGs进行全面注释,发现24个物种可能参与关键的氮转化过程(图4)。具体分析了哪些菌还有已知氮代谢基因,发现大多数Patescibacteria菌种没有被鉴定出具有重要的已知氮代谢基因,这表明它们可能在系统中发挥其他作用。 4.适应性进化:可移动元件(MGE)、水平基因转移(HGT) 为了深入了解anammox菌群落的适应性进化,进一步分析了cMAG中的MGE和HGT。 结果表明,HGT事件以及与噬菌体整合或切除相关的MGEs,在厌氧氨氧化细菌中尤其在含有tnpA转座子的情况下,可能在anammox群落适应性进化过程中发挥重要作用。 研究结论 本研究通过对anammox菌群落进行HIFI测序获得30个cMAG,并进行物种分类学注释和功能分析,重点关注与氮循环有关的功能。研究人员发现anammox细菌群落中存在着多样化的物种,它们具有不同的功能特性和代谢途径。研究人员还发现了MGE和HGT事件,这可能对anammox细菌的适应性进化起到重要作用。本研究为大家深入了解anammox细菌群落的生态角色和生物技术应用提供了重要的理论依据。 参考文献 New insights into functional divergence and adaptive evolution of uncultured bacteria in anammox community by complete genome-centric analysis.Science of the Total Environment,2024 原文链接 |
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