304 Neoksidebla ŝtalo veldita bobenita tubo /tubo zhemika zomponento, Biosinteza Potencialo de la Tutmonda Mara Mikrobiomo

Dankon pro vizito de Nature.com.Vi uzas retumilon kun limigita CSS-subteno.Por la plej bona sperto, ni rekomendas, ke vi uzu ĝisdatigitan retumilon (aŭ malŝaltu Kongruo-Reĝimon en Internet Explorer).Krome, por certigi daŭran subtenon, ni montras la retejon sen stiloj kaj JavaScript.
Glitiloj montrante tri artikolojn per diapozitivo.Uzu la malantaŭan kaj sekvan butonojn por moviĝi tra la lumbildoj, aŭ la butonojn de glit-regiloj ĉe la fino por moviĝi tra ĉiu lumbildo.

Detala produkta priskribo

304 Neoksidebla ŝtalo veldita bobenita tubo /tubo
1. Specifo: Neoksidebla ŝtalo bobeno tubo / tubo
2. Tipo: veldita aŭ senjunta
3. Normo: ASTM A269, ASTM A249
4. Neoksidebla ŝtalo bobena tubo OD: 6mm al 25.4MM
5. Longo: 600-3500MM aŭ laŭ la postulo de kliento.
6. Mura dikeco: 0.2mm ĝis 2.0mm.

7. Toleremo: OD: +/-0.01mm;Dikeco: +/-0.01%.

8. Bobeno interna truo grandeco: 500MM-1500MM (povas esti ĝustigita laŭ kliento postuloj)

9. Bobena alteco: 200MM-400MM (povas esti ĝustigita laŭ klientaj postuloj)

10. Surfaco: Brila aŭ recozita
11. Materialo: 304, 304L, 316L, 321, 301, 201, 202, 409, 430, 410, alojo 625, 825, 2205, 2507, ktp.
12. Pakado: teksitaj sakoj en ligna kazo, ligna paleto, ligna ŝafto, aŭ laŭ la postulo de kliento
13. Testo : kemia komponanto, rendimento-forto, streĉa forto, malmoleco-mezurado
14. Garantio: La tria (ekzemple : SGS TV ) inspektado, ktp.
15. Apliko: Dekoracio, mebloj, oleo-transportado, varmo-interŝanĝilo, balustrado, paperfarado, aŭtomobilo, nutraĵprilaborado, medicina ktp.

Naturaj mikrobaj komunumoj estas filogenetike kaj metabola diversspecaj.Krom nestuditaj grupoj de organismoj1, ĉi tiu diverseco ankaŭ havas riĉan potencialon por la malkovro de ekologie kaj bioteknologie signifaj enzimoj kaj biokemiaj kunmetaĵoj2,3.Tamen, studi ĉi tiun diversecon por determini la genomajn padojn kiuj sintezas tiajn kunmetaĵojn kaj ligas ilin al siaj respektivaj gastigantoj restas defio.La biosinteza potencialo de mikroorganismoj en la malferma oceano restas plejparte nekonata pro limigoj en la analizo de tutaj genaraj rezoluciodatenoj sur tutmonda skalo.Ĉi tie, ni esploras la diversecon kaj diversecon de biosintezaj genaretoj en la oceano per integrado de ĉirkaŭ 10,000 mikrobaj genaroj de kulturitaj ĉeloj kaj ununuraj ĉeloj kun pli ol 25,000 lastatempe rekonstruitaj skizaj genaroj de pli ol 1,000 marakvoprovaĵoj.Tiuj klopodoj identigis proksimume 40,000 supozeblajn plejparte novajn biosintezajn genaretojn, kelkaj el kiuj estis trovitaj en antaŭe nesuspektitaj filogenetikaj grupoj.En ĉi tiuj populacioj, ni identigis genlinion riĉigitan en biosintezaj gengrupoj ("Candidatus Eudormicrobiaceae") kiu apartenis al nekultivita bakteria filumo kaj inkludis kelkajn el la plej biosinteze diversaj mikroorganismoj en ĉi tiu medio.El tiuj, ni karakterizis la fosfataz-peptidajn kaj pitonamidajn vojojn, identigante ekzemplojn de nekutimaj bioaktivaj kunmetitaj strukturo kaj enzimologio, respektive.Konklude, ĉi tiu studo pruvas kiel mikrobioma-bazitaj strategioj povas ebligi la esploradon de antaŭe nepriskribitaj enzimoj kaj naturaj manĝaĵoj en nebone komprenita mikrobioto kaj medio.
Mikroboj stiras tutmondajn biogeokemiajn ciklojn, konservas manĝretojn kaj tenas plantojn kaj bestojn sanaj5.Ilia enorma filogenetika, metabola kaj funkcia diverseco reprezentas riĉan potencialon por la eltrovo de novaj taksonoj1, enzimoj kaj biokemiaj kunmetaĵoj, inkluzive de naturaj produktoj6.En ekologiaj komunumoj, ĉi tiuj molekuloj provizas al mikroorganismoj diversajn fiziologiajn kaj ekologiajn funkciojn, de komunikado ĝis konkurado 2, 7 .Krom iliaj originaj funkcioj, ĉi tiuj naturaj produktoj kaj iliaj genetike kodigitaj produktaj vojoj provizas ekzemplojn por bioteknologiaj kaj terapiaj aplikoj2,3.La identigo de tiaj padoj kaj ligoj estis tre faciligita per la studo de kulturitaj mikroboj.Tamen taksonomiaj studoj pri naturaj medioj montris, ke la granda plimulto de mikroorganismoj ne estis kultivita8.Ĉi tiu kultura biaso limigas nian kapablon ekspluati la funkcian diversecon ĉifritan de multaj mikroboj4,9.
Por venki ĉi tiujn limigojn, teknologiaj progresoj dum la pasinta jardeko permesis al esploristoj rekte (t.e., sen antaŭa kulturo) sekvenci mikrobajn DNA-fragmentojn de tutaj komunumoj (metagenomics) aŭ ununuraj ĉeloj.La kapablo kunveni ĉi tiujn fragmentojn en pli grandajn genarfragmentojn kaj rekonstrui multoblajn metagenome kunvenitajn genarojn (MAGs) aŭ ununurajn plifortigitajn genarojn (SAGoj), respektive, malfermas gravan ŝancon por taksocentraj studoj de la mikrobiomo (t.e., mikrobaj komunumoj kaj la mikrobiomo).pavimi novajn vojojn.propra genetika materialo en difinita medio) 10,11,12.Efektive, lastatempaj studoj multe vastigis la filogenetikan reprezentadon de mikroba diverseco sur la Tero1, 13 kaj rivelis grandan parton de la funkcia diverseco en individuaj mikrobaj komunumoj ne antaŭe kovritaj de kulturitaj mikroorganismaj referencaj genarsekvencoj (REF)14.La kapablo meti nemalkovritan funkcian diversecon en la kuntekston de la gastiga genaro (t.e., genar-rezolucio) estas kritika por antaŭdiri ankoraŭ nekarakteritaj mikrobaj linioj kiuj supozeble ĉifras novajn naturajn produktojn15,16 aŭ por spuri tiajn kunmetaĵojn reen al sia origina produktanto17.Ekzemple, kombinita metagenoma kaj unuĉela genoma analizo aliro kondukis al la identigo de Candidatus Entotheonella, grupo de metabole riĉaj spongo-rilataj bakterioj, kiel produktantoj de diversaj drogpotencialoj18.Tamen, malgraŭ lastatempaj provoj pri genoma esplorado de diversaj mikrobaj komunumoj16,19, pli ol du trionoj de la tutmondaj metagenomicaj datumoj por la plej granda oceano de ekosistemoj de la Tero16,20 ankoraŭ mankas.Tiel, ĝenerale, la biosinteza potencialo de la mara mikrobiomo kaj ĝia potencialo kiel deponejo de novaj enzimecaj kaj naturaj produktoj restas plejparte nestuditaj.
Por esplori la biosintezan potencialon de maraj mikrobiomoj tutmonde, ni unue kunigis marajn mikrobajn genarojn akiritajn per kulturdependaj kaj ne-kulturaj metodoj por krei ampleksan datumbazon de filogenetiko kaj gena funkcio.Ekzameno de tiu datumbazo rivelis vastan gamon de biosintezaj genaretoj (BGCoj), la plej granda parto de kiuj apartenas al ĝis nun nekarakterigitaj gengrupoj (GCF) familioj.Krome, ni identigis nekonatan bakterian familion kiu elmontras la plej altan konatan diversecon de BGC-oj en la malferma oceano ĝis nun.Ni elektis du vojojn de ribosoma sintezo kaj post-traduke modifitaj peptidoj (RiPP) por eksperimenta validigo bazita sur iliaj genetikaj diferencoj de nuntempe konataj vojoj.La funkcia karakterizado de tiuj padoj rivelis neatenditajn ekzemplojn de enzimologio same kiel strukture nekutimajn kunmetaĵojn kun proteaza inhibicia agado.
Komence, ni celis krei tutmondan datumrimedon por genaranalizo, koncentriĝante sur ĝiaj bakteriaj kaj arkeaj komponantoj.Tiucele, ni kunigis metagenomicajn datumojn kaj 1038 marakvo-specimenojn de 215 tutmonde distribuitaj specimenaj lokoj (latitudo = 141.6°) kaj plurajn profundajn tavolojn (de 1 ĝis 5600 m en profundo, kovrante la pelagajn, mezopelagajn kaj abisajn zonojn).Fono21,22,23 (Fig. 1a, plilongigitaj datumoj, Fig. 1a kaj Suplementa Tabelo 1).Aldone al disponigado de larĝa geografia priraportado, tiuj selekteme filtritaj provaĵoj permesis al ni kompari diversajn komponentojn de la mara mikrobiomo, inkluzive de virus-riĉa (<0.2 µm), prokariota-riĉa (0.2-3 µm), partikloriĉa (0.8 µm). ).–20 µm) kaj virus-malplenigitaj (>0.2 µm) kolonioj.
a, Entute 1038 publike haveblaj genaroj (metagenomics) de maraj mikrobaj komunumoj kolektitaj de 215 tutmonde distribuitaj lokoj (62°S ĝis 79°N kaj 179°W ĝis 179°E.).Mapkaheloj © Esri.Fontoj: GEBCO, NOAA, CHS, OSU, UNH, CSUMB, National Geographic, DeLorme, NAVTEQ, kaj Esri.b, ĉi tiuj metagenomoj estis uzataj por rekonstrui MAGojn (metodoj kaj pliaj informoj), kiuj diferencas laŭ kvanto kaj kvalito (metodoj) en la datumaroj (markitaj en koloro).La rekonstruitaj MAGoj estis kompletigitaj kun publike haveblaj (eksteraj) genaroj, inkluzive de manfarita MAG26, SAG27 kaj REF.27 Kompilu OMD.c, kompare kun antaŭaj raportoj bazitaj nur sur SAG (GORG)20 aŭ MAG (GEM)16, OMD plibonigas la genoman karakterizadon de maraj mikrobaj komunumoj (metagenomic-legmapa indico; metodo) je du ĝis tri fojojn kun pli konsekvenca reprezentado en profundo kaj latitudo..<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-grupiĝo en speciogrupojn nivelon (95% averaĝa nukleotididenteco) identigas totalon de proksimume 8300 specioj, pli ol duono de kiuj antaŭe ne estis karakterizitaj laŭ taksonomiaj komentarioj uzante la GTDB (versio 89) e, klasifiko de specioj laŭ genarspeco montris, ke MAG, SAG kaj REF-oj bone kompletigas unu la alian en reflektado de la filogenetika diverseco de la mara mikrobiomo.Aparte, 55%, 26% kaj 11% de la specioj estis specifaj por MAG, SAG kaj REF, respektive.VESPERTOJ, Bermuda Atlantic Time Series;GEMO, genaroj de la mikrobiomo de la Tero;GORG, tutmonda oceanreferenca genaro;VARMA, Havaja Oceana temposerio.
Uzante ĉi tiun datuman aron, ni rekonstruis entute 26,293 MAG-oj, plejparte bakteriaj kaj arĥeaj (Fig. 1b kaj vastigitaj datumoj, Fig. 1b).Ni kreis ĉi tiujn MAG-ojn el asembleoj de apartaj prefere ol kunigitaj metagenomaj specimenoj por malhelpi la kolapson de natura sekvenco-vario inter specimenoj de malsamaj lokoj aŭ tempopunktoj (metodoj).Krome, ni grupigis genomajn fragmentojn surbaze de iliaj prevalencaj korelacioj tra granda nombro da specimenoj (de 58 ĝis 610 specimenoj, depende de enketo; metodo).Ni trovis, ke tio estas tempopostula sed grava paŝo24, kiu estis preterlasita en pluraj grandskalaj rekonstruaj laboroj de MAG16, 19, 25 kaj signife plibonigas la kvanton (2,7-oble averaĝe) kaj kvaliton (+20% averaĝe) de la genaro.rekonstruita de la mara metagenomo studita ĉi tie (plilongigitaj datumoj, Fig. 2a kaj pliaj informoj).Ĝenerale, ĉi tiuj klopodoj rezultigis 4.5-oblan pliiĝon de maraj mikrobaj MAGoj (6-obla se nur altkvalitaj MAGoj estas konsiderataj) kompare kun la plej ampleksa MAG-rimedo disponebla hodiaŭ16 (Metodoj).Ĉi tiu lastatempe kreita MAG-aro tiam estis kombinita kun 830 mane elektitaj MAG26, 5969 SAG27 kaj 1707 REF.Dudek sep specioj de maraj bakterioj kaj arkeoj konsistigis kombinecan kolekton de 34,799 genaroj (Fig. 1b).
Ni tiam taksis la lastatempe kreitan rimedon por plibonigi ĝian kapablon reprezenti marajn mikrobajn komunumojn kaj taksi la efikon de integri malsamajn genartipojn.Averaĝe, ni trovis, ke ĝi kovras proksimume 40-60% de maraj metagenomaj datumoj (Figuro 1c), du ĝis tri fojojn la kovrado de antaŭaj nuraj MAG-raportoj en kaj profundo kaj latitudo Pli seria 16 aŭ SAG20.Krome, por sisteme mezuri taksonomian diversecon en establitaj kolektoj, ni komentis ĉiujn genarojn uzante la ilaron (metodoj) de la Genome Taxonomy Database (GTDB) kaj uzis averaĝan genar-kovrantan nukleotididentecon de 95%.28 por identigi 8,304 speciogrupojn (specioj).Du trionoj de ĉi tiuj specioj (inkluzive de novaj kladoj) ne antaŭe aperis en la GTDB, el kiuj 2790 estis malkovritaj uzante la MAG rekonstruitan en ĉi tiu studo (Fig. 1d).Krome, ni trovis, ke malsamaj specoj de genaroj estas tre komplementaj: 55%, 26% kaj 11% de specioj estas formitaj tute de MAG, SAG kaj REF, respektive (Fig. 1e).Krome, MAG kovris ĉiujn 49 tipojn trovitajn en la akvokolono, dum SAG kaj REF nur reprezentis 18 kaj 11 el ili, respektive.Tamen, SAG pli bone reprezentas la diversecon de la plej oftaj kladoj (vastigitaj datenoj, Fig. 3a), kiel ekzemple Pelagic Bacteriales (SAR11), kie SAG kovras preskaŭ 1300 speciojn kaj MAG nur 390 speciojn.Precipe, REFoj malofte interkovris kun MAGoj aŭ SAGoj sur la specionivelo kaj reprezentis>95% de la ĉirkaŭ 1000 genaroj ne trovitaj en la malferma oceano metagenomic aroj studitaj ĉi tie, plejparte pro interagoj kun aliaj specoj de izolitaj reprezentaj maraj specimenoj (ekz. sedimentoj) .aŭ gastiganto-kunulo).Por igi ĝin vaste havebla al la scienca komunumo, ĉi tiu mara genarresurso, kiu ankaŭ inkludas neklasifikitajn fragmentojn (ekz., de antaŭviditaj fagoj, genomicinsuloj, kaj genarfragmentoj por kiuj ekzistas nesufiĉaj datenoj por MAG-rekonstruo), povas esti komparita kun taksonomiaj datenoj. .Aliru komentadojn kune kun gena funkcio kaj kontekstaj parametroj en la Oceana Mikrobiologia Datumbazo (OMD; https://microbiomics.io/ocean/).
Ni tiam komencis esplori la riĉecon kaj novecon de biosinteza potencialo en malferma oceana mikrobiomoj.Tiucele ni unue uzis antiSMASH por ĉiuj MAGoj, SAGoj kaj REFoj trovitaj en 1038 maraj metagenomoj (metodoj) por antaŭdiri entute 39,055 BGC.Ni tiam grupigis ĉi tiujn en 6907 ne-redundaj GCF-oj kaj 151 genaj aretpopulacioj (GCC-oj; Suplementa Tablo 2 kaj metodoj) por kalkuli enecan redundon (t.e., la sama BGC povas esti ĉifrita en multoblaj genaroj) kaj metagenomaj datumoj Fragmentado de koncentritaj BGC-oj.Nekompletaj BGC-oj ne signife pliigis, se entute (Suplementaj Informoj), la nombron de GCF-oj kaj GCC-oj, respektive, enhavantaj almenaŭ unu sendifektan BGC-membron en 44% kaj 86% de kazoj.
Je la GCC-nivelo, ni trovis ampleksan varion de antaŭdiritaj RiPP-oj kaj aliaj naturaj produktoj (Fig. 2a).Inter ili, ekzemple, arilpolienoj, karotenoidoj, ektoinoj kaj sideroforoj apartenas al GCC-oj kun larĝa filogenetika distribuo kaj alta abundo en oceanaj metagenomoj, kiuj povas indiki larĝan adaptadon de mikroorganismoj al la mara medio, inkluzive de rezisto al reaktivaj oksigenspecioj, oksidativa kaj osmoza streso..aŭ fersorbado (pli da informoj).Tiu funkcia diverseco kontrastas al lastatempa analizo de ĉirkaŭ 1.2 milionoj BGCoj inter ĉirkaŭ 190,000 genaroj stokitaj en la NCBI RefSeq-datumbazo (BiG-FAM/RefSeq, ĉi-poste referite kiel RefSeq)29, kiu montris ke neribosomaj Synthetase-peptidoj (NRPS) kaj poliketidsintezazo. (PKS) BGCs (Pliaj Informoj).Ni ankaŭ trovis 44 (29%) GCC-ojn nur malproksime rilatajn al iu RefSeq BGC (\(\bar{d}\)RefSeq> 0.4; Fig. 2a kaj metodoj) kaj 53 (35%) GCC-oj nur en MAG, elstarigante la potencialon. por detekti antaŭe nepriskribitajn kemiaĵojn en OMD.Konsiderante ke ĉiu el ĉi tiuj GCC-oj verŝajne reprezentas tre diversajn biosintezajn funkciojn, ni plue analizis datumojn ĉe la GCF-nivelo por disponigi pli detalan grupigon de BGC-oj antaŭviditaj kodi por similaj naturaj produktoj29.Totalo de 3861 (56%) identigitaj GCFoj ne interkovris kun RefSeq, kaj> 97% de GCFoj ne ĉeestis en MIBiG, unu el la plej grandaj datumbazoj de eksperimente validigitaj BGCoj (Figuro 2b).Kvankam ne estas surprize malkovri multajn eblajn novajn vojojn en agordoj, kiuj ne estas bone reprezentitaj de la referenca genaro, nia metodo por derepliki BGC-ojn en GCF-ojn antaŭ benkmarko diferencas de antaŭaj raportoj 16 kaj permesas al ni provizi nepartian taksadon de noveco.La plej granda parto de la nova diverseco (3012 GCF aŭ 78%) egalrilatas al antaŭviditaj terpenoj, RiPP aŭ aliaj naturproduktoj, kaj la plej granda parto (1815 GCF aŭ 47%) estas ĉifrita en nekonataj tipoj pro ilia biosinteza potencialo.Male al PKS kaj NRPS-aretoj, tiuj kompaktaj BGC-oj malpli estas supozeble fragmentaj dum metagenomia asembleo 31 kaj permesas pli da tempo- kaj rimed-intensan funkcian karakterizadon de siaj produktoj.
Totalo de 39,055 BGCoj estis grupigita en 6,907 GCFoj kaj 151 GCCoj.a, datuma reprezento (interna ekstera).Hierarkia grupigo de BGC-distancoj bazitaj sur GCC, 53 el kiuj estas fiksitaj de MAG nur.La GCC enhavas BGCojn de malsamaj klasifik-grupoj (ln-transformita pordegfrekvenco) kaj malsamaj BGC-klasoj (cirklograndeco egalrilatas al sia frekvenco).Por ĉiu GCC, la ekstera tavolo reprezentas la nombron da BGCoj, la tropezon (procento de provaĵoj), kaj la distancon (minimuma BGC-kosinusdistanco (min (dMIBiG))) de BiG-FAM ĝis BGC.GCCoj kun BGCoj proksime rilatitaj al eksperimente kontrolitaj BGCoj (MIBiG) estas elstarigitaj per sagoj.b Komparante GCF kun antaŭviditaj (BiG-FAM) kaj eksperimente validigitaj (MIBiG) BGC-oj, 3861 novaj (d–>0.2) GCF-oj estis trovitaj.Plejparto (78%) de ĉi tiuj kodas por RiPP, terpenoj kaj aliaj supozataj naturaj produktoj.c, ĉiuj genaroj en la OMD trovitaj en 1038 maraj metagenomoj estis metitaj en la GTDB-bazarbon por montri la filogenetikan priraportadon de la OMD.Kladoj sen iuj genaroj en la OMD estas montritaj en griza.La nombro da BGCoj egalrilatas al la plej granda nombro da antaŭdiritaj BGCoj per genaro en antaŭfiksita klado.Por klareco, la lastaj 15% de la nodoj estas kolapsitaj.Sagoj indikas kladojn riĉajn je BGC (>15 BGC), kun la escepto de Mycobacterium, Gordonia (dua nur al Rhodococcus), kaj Crocosphaera (dua nur al Synechococcus).d, Nekonata ĉ.Eremiobacterota montris la plej altan biosintezan diversecon (Shannon-indekso bazita sur natura produktotipo).Ĉiu grupo reprezentas la genaron kun la plej multaj BGCoj en la specio.T1PKS, PKS tipo I, T2/3PKS, PKS tipo II kaj tipo III.
Krom riĉeco kaj noveco, ni esploras la biogeografian strukturon de la biosinteza potencialo de la mara mikrobiomo.Grupiĝo de provaĵoj per meza metagenomic GCF kopinombro distribuo (Metodoj) montris ke malalt-latitudo, surfaco, prokariotaj-riĉaj kaj virus-malriĉaj komunumoj, plejparte de surfacaj aŭ pli profundaj sunlumaj akvoj, estis riĉaj je RiPP kaj BGC terpenoj.En kontrasto, polusaj, profundaj maraj, virus- kaj partiklo-riĉaj komunumoj estis asociitaj kun pli altaj abundoj de NRPS kaj PKS BGC (vastigitaj datumoj, Fig. 4 kaj pliaj informoj).Fine, ni trovis, ke bone studitaj tropikaj kaj pelagaj komunumoj estas la plej promesplenaj fontoj de novaj terpenoj (Augmented Data Figure).Plej alta potencialo por PKS, RiPP kaj aliaj naturaj produktoj (Figuro 5a kun pligrandigitaj datumoj).
Por kompletigi nian studon de la biosinteza potencialo de maraj mikrobiomoj, ni celis mapi ilian filogenetikan distribuon kaj identigi novajn BGC-riĉigitajn kladojn.Tiucele ni metis la genamojn de maraj mikroboj en normaligitan GTDB13 bakterian kaj arkean filogenetikan arbon kaj supermetis la supozatajn biosintezajn vojojn, kiujn ili ĉifras (Fig. 2c).Ni facile detektis plurajn BGC-riĉigitajn kladojn (reprezentitajn per pli ol 15 BGC-oj) en marakvoprovaĵoj (metodoj) konataj pro sia biosinteza potencialo, kiel cianobakterioj (Synechococcus) kaj Proteus-bakterioj, kiel ekzemple Tistrella32,33, aŭ lastatempe altiris atenton pro ilia. naturaj produktoj.kiel ekzemple Myxococcota (Sandaracinaceae), Rhodococcus kaj Planctomycetota34,35,36.Interese, ni trovis plurajn antaŭe neesploritajn genliniojn en ĉi tiuj kladoj.Ekzemple, tiuj specioj kun la plej riĉa biosinteza potencialo en la filaroj Planctomycetota kaj Myxococcota apartenis al nekarakterigitaj kandidatoj ordoj kaj genroj, respektive (Aldona Tabelo 3).Kune, ĉi tio indikas ke la OMD disponigas aliron al antaŭe nekonataj filogenetikaj informoj, inkluzive de mikroorganismoj, kiuj povas reprezenti novajn celojn por enzimo kaj naturprodukta eltrovaĵo.
Poste, ni karakterizis la BGC-riĉigan kladon ne nur kalkulante la maksimuman nombron da BGC-oj koditaj de ĝiaj membroj, sed ankaŭ taksante la diversecon de ĉi tiuj BGC-oj, kio klarigas la oftecon de malsamaj specoj de naturaj kandidato-produktoj (Fig. 2c kaj metodoj). )..Ni trovis, ke la plej biosinteze diversaj specioj estis reprezentitaj de speciale inĝenieritaj bakteriaj MAG-oj en ĉi tiu studo.Tiuj bakterioj apartenas al la nekultivata filumo Candidatus Eremiobacterota, kiu restas plejparte neesplorita krom kelkaj genomaj studoj37,38.Estas rimarkinde, ke “ĉ.La genro Eremiobacterota estis nur analizita en surtera medio39 kaj oni ne scias, ke ĝi inkluzivas iujn ajn membrojn riĉigitajn en BGC.Ĉi tie ni rekonstruis ok MAGojn de la sama specio (nukleotididenteco > 99%) 23. Ni do proponas la specionomon “Candidatus Eudoremicrobium malaspinii”, nomitan laŭ la nereido (mara nimfo), bela donaco en la greka mitologio kaj ekspedicioj.— Ka.Laŭ filogenetika komentario 13, E. malaspinii ne havas antaŭe konatajn parencojn sub la sinsekvnivelo kaj tiel apartenas al nova bakteria familio kiun ni proponas “Ca.E. malaspinii" kiel la tipo-specio kaj "Ca.Eudormicrobiaceae” kiel la oficiala nomo (Suplementaj Informoj).Mallonga metagenomia rekonstruo de 'Ca.La E. malaspinii-genaroprojekto estis konfirmita per tre malalta enigaĵo, longe legita metagenomic-sekvencado kaj laŭcela kunigo de ununura provaĵo (Metodoj) kiel ununura 9.63 Mb lineara kromosomo kun 75 kb multobligo.kiel la sola restanta ambigueco.
Por establi la filogenetikan kuntekston de ĉi tiu specio, ni serĉis 40 proksime rilatajn speciojn en pliaj eŭkariotaj-riĉigitaj metagenomaj specimenoj de la Tara Ocean-ekspedicio per celita genarrekonstruo.Mallonge, ni ligis metagenomiajn legadojn al genomaj fragmentoj asociitaj kun "Ca.E. malaspinii” kaj hipotezis, ke pliigita varbado en ĉi tiu specimeno indikas la ĉeeston de aliaj parencoj (metodoj).Kiel rezulto, ni trovis 10 MAG-ojn, kombinaĵon de 19 MAG-oj reprezentantaj kvin speciojn en tri genroj ene de lastatempe difinita familio (te "Ca. Eudormicrobiaceae").Post mana inspektado kaj kvalitkontrolo (vastigitaj datumoj, Fig. 6 kaj aldonaj informoj), ni trovis, ke “Ca.Eŭdormikrobiacoj-specioj prezentas pli grandajn genarojn (8 Mb) kaj pli riĉan biosintezan potencialon (14 ĝis 22 BGC per specio) ol aliaj "Ca" membroj.Clade Eremiobacterota (ĝis 7 BGC) (Fig. 3a–c).
a, Filogenetikaj pozicioj de la kvin 'Ca.Specioj de Eudormicrobiaceae montris BGC-riĉecon specifan por la maraj linioj identigitaj en tiu studo.La filogenetika arbo inkluzivas ĉiujn 'Ca.MAG Eremiobacterota kaj membroj de aliaj filumoj (genarombroj en krampoj) disponigitaj en GTDB (versio 89) estis uzitaj por evolua fono (Metodoj).La plej eksteraj tavoloj reprezentas klasifikojn sur la familia nivelo ("Ca. Eudormicrobiaceae" kaj "Ca. Xenobiaceae") kaj sur la klasnivelo ("Ca. Eremiobacteria").La kvin specioj priskribitaj en ĉi tiu studo estas reprezentitaj per alfanombraj kodoj kaj proponitaj binomaj nomoj (Suplementaj Informoj).b, bone.Eŭdormikrobiacoj specioj dividas sep komunajn BGC-nukleojn.La foresto de BGC en la klado A2 ŝuldiĝis al la nekompleteco de la reprezenta MAG (Aldona Tablo 3).BGCoj estas specifaj por "Ca.Amphithommicrobium" kaj "Ca.Amphitomicrobium" (kladoj A kaj B) ne estas montritaj.c, Ĉiuj BGC-oj ĉifritaj kiel "Ca.Eudoremicrobium taraoceanii estis trovita esti esprimita en 623 metatranskriptomoj prenitaj de la oceanoj de Tara.Solidaj cirkloj indikas aktivan transskribon.Oranĝaj cirkloj indikas log2-transformitajn faldŝanĝojn sub kaj super la mastruma genesprimofteco (metodoj).d, relativaj abundkurboj (metodoj) montrantaj 'Ca.Specioj de Eŭdormikrobiacoj estas disvastigitaj en la plej multaj oceanaj basenoj kaj en la tuta akvokolono (de la surfaco ĝis profundo de almenaŭ 4000 m).Surbaze de tiuj taksoj, ni trovis ke 'Ca.E. malaspinii' respondecas pri ĝis 6% de prokariotaj ĉeloj en altamaraj pelagaj gren-rilataj komunumoj.Ni konsideris specion ĉeesti en loko se ĝi troviĝis en iu frakcio de la grandeco de antaŭfiksita profunda tavolo.IO – Hinda Oceano, NAO – Norda Atlantiko, NPO – Norda Pacifiko, RS – Ruĝa Maro, SAO – Suda Atlantiko, SO – Suda Oceano, SPO – Suda Pacifiko.
Studante la abundon kaj distribuadon de Ca.Eŭdormikrobiacoj, kiuj, kiel ni trovis, superregas en la plej multaj oceanaj basenoj, same kiel en la tuta akvokolono (Fig. 3d).Loke, ili konsistigas 6% de la mara mikroba komunumo, igante ilin grava parto de la tutmonda mara mikrobiomo.Krome, ni trovis la relativan enhavon de Ca.Eŭdormikrobiacoj specioj kaj iliaj BGC-esprimniveloj estis plej altaj en la eŭkariota riĉigita frakcio (Fig. 3c kaj plilongigitaj datenoj, Fig. 7), indikante eblan interagadon kun partikla materio, inkluzive de planktono.Ĉi tiu observado similas iom al 'Ca.Eudoremicrobium BGC-oj, kiuj produktas citotoksajn naturproduktojn per konataj vojoj, povas elmontri predan konduton (Suplementaj Informoj kaj Vastigitaj Datumoj, Figuro 8), simila al aliaj predantoj, kiuj specife produktas metabolitojn kiel Myxococcus41.Malkovro de Ca.Eŭdormikrobiacoj en malpli haveblaj (profunda oceano) aŭ eŭkariotaj prefere ol prokariotaj provaĵoj povas klarigi kial tiuj bakterioj kaj ilia neatendita BGC-diverseco restas neklaraj en la kunteksto de natura manĝesplorado.
Finfine, ni serĉis eksperimente validigi la promeson de nia mikrobioma-bazita laboro por malkovri novajn vojojn, enzimojn kaj naturajn produktojn.Inter la malsamaj klasoj de BGCoj, la RiPP-pado povas ĉifri riĉan kemian kaj funkcian diversecon pro diversaj post-tradukaj modifoj de la kernpeptido de maturaj enzimoj42.Do ni elektis du 'Ca.RiPP-BGC-oj de Eudoremicrobium (Figuroj 3b kaj 4a-e) estas bazitaj sur la sama kiel iu konata BGC (\(\bar{d}\)MIBiG kaj \(\bar{d}\)RefSeq super 0.2) .
a–c, En vitro heterologa esprimo kaj en vitro enzimecaj analizoj de nova (\(\bar{d}\)RefSeq = 0.29) areto de RiPP-biosintezo specifa por profundamara Ca specio.E. malaspinii' kaŭzis la produktadon de difosforilitaj produktoj.c, modifoj identigitaj per alt-rezolucio (HR) MS/MS (fragmentado indikita per b kaj y jonoj en la kemia strukturo) kaj NMR (vastigitaj datumoj, Fig. 9).d, ĉi tiu fosforilata peptido elmontras malaltan mikromolaran inhibicion de mamula neutrofila elastazo, kiu ne troviĝas en la kontrolpeptido kaj la malhidratiga peptido (kemia forigo induktita dehidratiĝo).La eksperimento estis ripetita tri fojojn kun similaj rezultoj.Ekzemple, heterologa esprimo de dua romano \(\bar{d}\)RefSeq = 0.33) areto de proteinbiosintezo pliklarigas la funkcion de kvar maturaj enzimoj kiuj modifas la 46 aminoacidan kernpeptidon.Restaĵoj estas makulitaj laŭ loko de modifo antaŭdirita de HR-MS/MS, izotopa etikedado kaj NMR-analizo (Suplementaj Informoj).Punkta kolorigo indikas ke la modifo okazas ĉe ĉiu el la du restaĵoj.La figuro estas kompilo de multaj heterologaj konstrukcioj por montri la agadon de ĉiuj maturaj enzimoj sur la sama nukleo.h, Ilustraĵo de NMR-datenoj por spinamida N-metiligo.Plenaj rezultoj estas montritaj en fig.10 kun plilongigitaj datumoj.i, Filogenetika pozicio de la matura FkbM-proteina aro-enzimo inter ĉiuj FkbM-domajnoj trovitaj en la MIBiG 2.0-datumbazo malkaŝas enzimon de ĉi tiu familio kun N-metiltransferaza agado (Suplementaj Informoj).Skemaj diagramoj de BGCoj (a, e), antaŭaj peptidstrukturoj (b, f), kaj supozaj kemiaj strukturoj de naturproduktoj (c, g) estas montritaj.
La unua RiPP-pado (\(\bar{d}\)MIBiG = 0.41, \(\bar{d}\)RefSeq = 0.29) estis trovita nur en altamaraj specioj “Ca.E. malaspinii” kaj kodoj por Peptido- antaŭulo (Fig. 4a, b).En ĉi tiu matura enzimo, ni identigis ununuran funkcian domajnon homologa al la malhidratiga domajno de lantipeptida sintazo, kiu kutime katalizas fosforiligon kaj postan forigon de 43 (Kullementaj Informoj).Tial ni antaŭdiras, ke la modifo de la antaŭa peptido implikas tian dupaŝan dehidratiĝon.Tamen, uzante tandeman mas-spektrometrion (MS/MS) kaj nuklean magnetan resonancan spektroskopion (NMR), ni identigis polifosforilitan linearan peptidon (Fig. 4c).Kvankam neatendite, ni trovis plurajn pruvojn por subteni ke ĝi estas la fina produkto: du malsamaj heterologaj gastigantoj kaj neniu dehidratiĝo en in vitro-analizoj, identigo de ŝlosilaj restaĵoj mutaciis en la kataliza dehidratiĝoloko de la matura enzimo.ĉio rekonstruita de “Ca”.La genaro de E. malaspinii (vastigitaj datumoj, Fig. 9 kaj pliaj informoj) kaj, finfine, la biologia aktiveco de la fosforilata produkto, sed ne la kemie sintezita senhidratigita formo (Fig. 4d).Fakte, ni trovis, ke ĝi elmontras malaltan mikromolaran proteazan inhibician agadon kontraŭ neutrofila elastazo, komparebla al aliaj rilataj naturaj produktoj en la koncentriĝintervalo (IC50 = 14.3 μM) 44 , malgraŭ la fakto, ke la ekologia rolo restas klarigenda.Surbaze de ĉi tiuj rezultoj, ni proponas nomi la vojon "fosseptin".
La dua kazo estas kompleksa RiPP-pado specifa por 'Ca.La genro Eudoremicrobium (\(\bar{d}\)MIBiG = 0.46, \(\bar{d}\)RefSeq = 0.33) estis antaŭdirita kodi naturajn proteinproduktojn (Fig. 4e).Tiuj padoj estas de speciala bioteknologia intereso pro la atendata denseco kaj diverseco de nekutimaj kemiaj modifoj establitaj per la enzimoj ĉifritaj per la relative mallongaj BGCs45.Ni trovis, ke ĉi tiu proteino diferencas de antaŭe karakterizitaj proteinoj pro tio, ke ĝi mankas kaj la ĉefa NX5N-motivo de policeramidoj kaj la lantionina buklo de landernamidoj 46 .Por venki la limigojn de oftaj heterologaj esprimaj ŝablonoj, ni uzis ilin kune kun kutima Microvirgula aerodenitrificans-sistemo por karakterizi kvar maturajn vojajn enzimojn (metodoj).Uzante kombinaĵon de MS/MS, izotopa etikedado kaj NMR, ni detektis ĉi tiujn maturajn enzimojn en la 46-aminoacida kerno de la peptido (Fig. 4f, g, vastigitaj datumoj, Fig. 10-12 kaj pliaj informoj).Inter maturaj enzimoj, ni karakterizis la unuan aperon de FkbM O-methyltransferase familiano 47 en la RiPP-vojo kaj neatendite trovis, ke ĉi tiu matura enzimo enkondukas spinon N-metiligon (Fig. 4h, i kaj pliajn informojn).Kvankam tiu modifo estas konata en naturaj NRP48-produktoj, enzimeca N-metiligo de amidaj ligoj estas kompleksa sed bioteknologie signifa reago49 kiu ĝis nun estis de intereso al la RiPP-familio de borozinoj.Specifeco 50,51.La identigo de ĉi tiu agado en aliaj familioj de enzimoj kaj RiPP povas malfermi novajn aplikojn kaj vastigi la funkcian diversecon de proteinoj 52 kaj ilian kemian diversecon.Surbaze de la identigitaj modifoj kaj la nekutima longeco de la proponita produkta strukturo, ni proponas vojnomon "pythonamide".
La eltrovo de neatendita enzimologio en funkcie karakterizita familio de enzimoj ilustras la promeson de media genomiko por novaj eltrovaĵoj, kaj ankaŭ ilustras la limigitan kapaciton por funkcia inferenco bazita sur sekvenchomologio sole.Tiel, kune kun raportoj pri ne-kanonikaj bioaktivaj polifosforilitaj RiPP-oj, niaj rezultoj montras rimedan intensan sed kritikan valoron al sinteza biologia klopodoj por plene malkovri la funkcian riĉecon, diversecon kaj nekutimajn strukturojn de biokemiaj komponaĵoj.
Ĉi tie ni montras la gamon de biosinteza potencialo ĉifrita de mikroboj kaj ilia genoma kunteksto en la tutmonda mara mikrobiomo, faciligante estontan esploradon disponigante la rezultan rimedon al la scienca komunumo (https://microbiomics.io/ocean/).Ni trovis, ke multe de ĝia filogenetika kaj funkcia novaĵo povas esti akirita nur per rekonstruado de MAG-oj kaj SAG-oj, precipe en subuzitaj mikrobaj komunumoj, kiuj povus gvidi estontajn bioprospektajn klopodojn.Kvankam ni fokusos ĉi tie pri 'Ca.Eŭdormikrobiacoj" kiel genlinio aparte biosinteze "talenta", multaj el la BGC antaŭviditaj en la nemalkovrita mikrobioto verŝajne ĉifras antaŭe nepriskribitajn enzimologiojn kiuj donas kunmetaĵojn kun medie kaj/aŭ bioteknologie signifaj agoj.
Metagenomaj datenserioj de gravaj oceanografiaj kaj temposeriostudoj kun sufiĉa sekvenca profundo estis inkluditaj por maksimumigi priraportadon de tutmondaj maraj mikrobaj komunumoj en oceanbasenoj, profundaj tavoloj kaj dum tempo.Ĉi tiuj datumaroj (Aldona Tabelo 1 kaj Figuro 1) inkluzivas metagenomikon de specimenoj kolektitaj en la oceanoj de Tara (virusaj riĉigitaj, n=190; prokariotaj riĉigitaj, n=180)12,22 kaj la ekspedicio BioGEOTRACES (n=480).Hawaiian Oceanic Time Series (Varma, n = 68), Bermuda-Atlantic Time Series (VESPERTOJ, n = 62)21 kaj la Malaspina Ekspedicio (n = 58)23.Sekvencaj legaĵoj de ĉiuj metagenomaj fragmentoj estis filtritaj por kvalito uzante BBMap (v.38.71) per forigado de sekvencaj adaptiloj de legaĵoj, forigante legaĵojn mapitajn al kvalitkontrolsekvencoj (PhiX-genaroj), kaj uzante trimq=14, maq=20 forĵetas malbonan legkvaliton, maxns = 0 kaj minlength = 45. Postaj analizoj estis kuritaj aŭ kunfanditaj kun QC-legoj se specifite (bbmerge.sh minoverlap=16).QC-legadoj estis normaligitaj (bbnorm.sh celo = 40, mensoprofundo = 0) antaŭ konstrui uzante metaSPAdes (v.3.11.1 aŭ v.3.12 se bezonite)53.La rezultaj skafaldoj (ĉi-poste nomataj skafaldoj) estis finfine filtritaj laŭ longo (≥1 kb).
La 1038 metagenomaj provaĵoj estis dividitaj en grupojn, kaj por ĉiu grupo de provaĵoj, la metagenomaj kvalitkontrolaj legadoj de ĉiuj specimenoj estis egalitaj al la krampoj de ĉiu specimeno aparte, rezultigante la sekvan nombron da duopaj grupaj legadoj: Tara Maraj Virusoj - Riĉigitaj. (190×190 ), Prokariotoj Riĉigitaj (180×180), BioGEOTRACES, HOT kaj VESPERTOJ (610×610) kaj Malaspina (58×58).Mapado estis farita uzante Burrows-Wheeler-Aligner (BWA) (v.0.7.17-r1188)54 kiu permesas al legaĵoj esti egalitaj al malĉefaj ejoj (uzante la -a flago).Paraleligoj estis filtritaj por esti almenaŭ 45 bazoj longaj, havi ≥97% identecon, kaj interspaco ≥80% legas.La rezultaj BAM-dosieroj estis prilaboritaj uzante la skripton jgi_summarize_bam_contig_depths por MetaBAT2 (v.2.12.1)55 por disponigi intra- kaj inter-specimena priraportado por ĉiu grupo.Fine, krampoj estis grupigitaj por pliigi sentemon per individue kurante MetaBAT2 sur ĉiuj specimenoj kun –minContig 2000 kaj –maxEdges 500. Ni uzas MetaBAT2 anstataŭ ensembloboksisto ĉar ĝi montriĝis en sendependaj testoj kiel la plej efika ununura boksisto.kaj 10 ĝis 50 fojojn pli rapide ol aliaj kutime uzataj boksistoj57.Por testi pri la efiko de abundokorelacioj, hazarde elektita subspecimeno de metagenomics (10 por ĉiu el la du Tara Ocean-datumseroj, 10 por BioGEOTRACES, 5 por ĉiu temposerio, kaj 5 por Malaspina) krome uzis provaĵojn nur.Internaj specimenoj estas grupigitaj por akiri informojn pri kovrado.(Kromaj Informoj).
Pliaj (eksteraj) genaroj estis inkluditaj en la posta analizo, nome 830 mane elektitaj MAGoj de subaro de la datumaro Tara Oceans26, 5287 SAGoj de la datumaro GORG20 kaj datumoj de la datumbazo MAR (MarDB v. 4) de 1707 izolitaj REFoj kaj 682 SAGoj) 27. Por la MarDB-datumaro, genaroj estas elektitaj surbaze de disponeblaj metadatenoj se la specimena tipo kongruas kun la sekva regula esprimo: '[S|s]ingle.?[C|c]ell|[C|c]ulture| [I|i] izolita'.
La kvalito de ĉiu metagenomic-ujo kaj eksteraj genaroj estis taksita uzante CheckM (v.1.0.13) kaj Anvi'o's Lineage Workflow (v.5.5.0)58,59.Se CheckM aŭ Anvi'o raportas ≥50% kompletecon/plenecon kaj ≤10% poluadon/redundo, tiam konservu metagenomicajn ĉelojn kaj eksterajn genarojn por posta analizo.Ĉi tiuj interpunkcioj estis tiam kombinitaj en averaĝan kompletecon (mcpl) kaj averaĝan poluadon (mctn) por klasifiki genarkvaliton laŭ komunumaj kriterioj60 jene: alta kvalito: mcpl ≥ 90% kaj mctn ≤ 5%;bona kvalito: mcpl ≥ 70%, mctn ≤ 10%, meza kvalito: mcpl ≥ 50% kaj mctn ≤ 10%, justa kvalito: mcpl ≤ 90% aŭ mctn ≥ 10%.La filtritaj genaroj tiam estis korelaciitaj kun kvalito-poentaro (Q kaj Q') jene: Q = mcpl – 5 x mctn Q' = mcpl – 5 x mctn + mctn x (trostreĉŝanĝebleco)/100 + 0.5 x log[N50] .(efektivigita en dRep61).
Por permesi komparan analizon inter malsamaj datumfontoj kaj genarspecoj (MAG, SAG kaj REF), 34,799 genaroj estis dereferenceditaj surbaze de genar-kovranta meza nukleotididenteco (ANI) uzante dRep (v.2.5.4).Ripetoj)61 ​​kun 95% ANI-sojloj28,62 (-comp 0 -con 1000 -sa 0.95 -nc 0.2) kaj unu-kopiaj signogenoj uzantaj SpecI63 provizantan genargrupon ĉe la specionivelo.Reprezenta genaro estis elektita por ĉiu dRep-areto laŭ la maksimuma kvalita poentaro (Q') difinita supre, kiu estis konsiderita reprezentanto de la specio.
Por taksi la mapan rapidecon, BWA (v.0.7.17-r1188, -a) estis uzata por mapi ĉiujn 1038 arojn de metagenomic legaĵoj kun 34,799 genaroj enhavitaj en la OMD.Kvalite kontrolitaj legaĵoj estis mapitaj en unu-finita reĝimo kaj la rezultaj paraleligoj estis filtritaj por reteni nur paraleligojn ≥45 bp en longo.kaj identeco ≥95%.La montra proporcio por ĉiu specimeno estas la procento de legaĵoj restantaj post filtrado dividita per la totala nombro de kvalitkontrolaj valoroj.Uzante la saman aliron, ĉiu el la 1038 metagenomoj estis reduktita al 5 milionoj da enigaĵoj (vastigitaj datumoj, Fig. 1c) kaj egalita al GORG SAG en OMD kaj en ĉiuj GEM16.La kvanto de MAGoj reakiritaj de marakvo en la GEM16-katalogo estis determinita per ŝlosilvortaj demandoj de metagenomaj fontoj, elektante marakvoprovaĵojn (ekz., kontraste al maraj sedimentoj).Specife, ni elektas "akva" kiel "ekosistema_kategorio", "mara" kiel "ekosistem_tipo", kaj filtri "vivejo" kiel "profunda oceano", "mara", "mara oceana", "pelagia mara", "mara akvo" , "Oceano", "Mara Akvo", "Surfaca Mara Akvo", "Surfaca Mara Akvo".Tio rezultigis 5903 MAG-ojn (734 altkvalitajn) distribuitajn super 1823 OTU-oj (vidoj ĉi tie).
Prokariotaj genaroj estis taksonomie komentitaj uzante GTDB-Tk (v.1.0.2)64 kun defaŭltaj parametroj celantaj GTDB r89-versio 13. Anvi'o kutimis identigi eŭkariotajn genarojn bazitajn sur domajna prognozo kaj revoko ≥50% kaj redundo ≤ 10%.La taksonomia komentario de specio estas difinita kiel unu el ĝiaj reprezentaj genaroj.Kun la escepto de eŭkariotoj (148 MAG), ĉiu genaro unue estis funkcie komentita uzante prokka (v.1.14.5)65, nomante kompletajn genojn, difinante "arkeojn" aŭ "bakteriojn" parametrojn laŭbezone, kio ankaŭ estas raportita por ne- kodigi genojn.kaj CRISPR-regionoj, inter aliaj genomaj trajtoj.Komencu antaŭdiritajn genojn identigante universalajn unu-kopiajn markilojn (uscMG) uzante fetchMG (v.1.2)66, asignu ortologajn grupojn kaj demandu uzante emapper (v.2.0.1)67 bazitan sur eggNOG (v.5.0)68.KEGG-datumbazo (publikigita la 10-an de februaro 2020) 69. La lasta paŝo estis farita per kongruo de proteinoj al la KEGG-datumbazo uzante DIAMOND (v.0.9.30)70 kun demando kaj temo-kovrado de ≥70%.Rezultoj estis plu filtritaj laŭ NCBI Prokaryotic Genome Annotation Pipeline71 bazita sur bitrapideco ≥ 50% de maksimuma atendata bitrapideco (ligo mem).Gensekvencoj ankaŭ estis utiligitaj kiel enigaĵo por identigi BGCojn en la genaro uzante antiSMASH (v.5.1.0)72 kun defaŭltaj parametroj kaj malsamaj areteksplodoj.Ĉiuj genaroj kaj komentarioj estis kompilitaj en OMD kune kun kontekstaj metadatenoj haveblaj en la reto (https://microbiomics.io/ocean/).
Simile al antaŭe priskribitaj metodoj12,22 ni uzis CD-HIT (v.4.8.1) por amasigi >56.6 milionojn da protein-kodaj genoj de bakteriaj kaj arkeaj genaroj de OMD en 95% identecon kaj pli mallongajn genojn (90% priraportado)73 ĝis > 17.7 milionoj da genaretoj.La plej longa sekvenco estis elektita kiel la reprezenta geno por ĉiu genareto.La 1038 metagenomoj tiam estis egalitaj al >17.7 milionoj BWA (-a) aretmembroj kaj la rezultaj BAM-dosieroj estis filtritaj por reteni nur paraleligojn kun ≥95%-procenta identeco kaj ≥45 bazparaleligoj.Long-normaligita gena abundo estis kalkulita unue nombrante enigaĵojn de la plej bona unika vicigo kaj tiam, por malklarkonturaj enigaĵoj, aldonante frakciajn kalkulojn al la ekvivalentaj celgenoj proporciaj al ilia nombro da unikaj enigaĵoj.
La genaroj de la vastigita OMD (kun pliaj MAGoj de "Ca. Eudormicrobiaceae", vidu malsupre) estis aldonitaj al la mOTUs74-metagenomic-analiza ildatumbazo (v.2.5.1) por krei plilongigitan mOTU-referencdatumbazon.Nur ses unu-kopiaj genaroj (23,528 genaroj) pluvivis el dek uscMGoj.La vastiĝo de la datumbazo rezultigis 4,494 kromajn aretojn sur la specionivelo.1038 metagenomoj estis analizitaj uzante defaŭltajn mOTU-parametrojn (v.2).Totalo de 989 genaroj enhavitaj en 644 mOTU-aretoj (95% REF, 5% SAG kaj 99.9% apartenantaj al MarDB) ne estis detektita per la mOTU-profilo.Tio reflektas diversajn kromajn fontojn de mara izoliteco de la MarDB-genaroj (la plej multaj el la nerimarkitaj genaroj estas rilataj al organismoj izolitaj de sedimentoj, maraj gastigantoj, ktp.).Por daŭre koncentriĝi pri la malferma oceana medio en ĉi tiu studo, ni ekskludis ilin de la kontraŭflua analizo krom se ili estis detektitaj aŭ inkluditaj en la plilongigita mOTU-datumbazo kreita en ĉi tiu studo.
Ĉiuj BGCoj de MAG, SAG kaj REF en OMD (vidu supre) estis kombinitaj kun BGCoj identigitaj en ĉiuj metagenomaj skafaldoj (antiSMASH v.5.0, defaŭltaj parametroj) kaj karakterizitaj per BiG-SLICE (v.1.1) (PFAM-domajno)75.Surbaze de ĉi tiuj trajtoj, ni kalkulis ĉiujn kosinusajn distancojn inter BGC-oj kaj grupigis ilin (averaĝaj ligiloj) en GCF kaj GCC uzante distancsojlojn de 0.2 kaj 0.8 respektive.Ĉi tiuj sojloj estas adapto de sojloj antaŭe uzataj uzante eŭklidan distancon75 kune kun kosinusa distanco, kiu mildigas iom da eraro en la origina BiG-SLICE-grupo-strategio (Suplementaj Informoj).
BGCoj tiam estis filtritaj por reteni nur ≥5 kb ĉifritajn sur eŝafodoj por redukti la riskon de fragmentiĝo kiel antaŭe priskribite16 kaj por ekskludi MarDB-REF-ojn kaj SAG-ojn ne trovitajn en 1038 metagenomoj (vidu supre).Ĉi tio rezultigis entute 39,055 BGC-ojn kodigitajn de la OMD-genaro, kun pliaj 14,106 identigitaj sur metagenomaj fragmentoj (t.e. ne kombinitaj en MAGs).Ĉi tiuj "metagenomaj" BGC-oj estis uzitaj por taksi la proporcion de mara mikrobioma biosinteza potencialo ne kaptita en la datumbazo (Suplementaj Informoj).Ĉiu BGC estis funkcie karakterizita laŭ prognozaj produktotipoj difinitaj de kontraŭ-SMASH aŭ pli krudaj produktkategorioj difinitaj en BiG-SCAPE76.Por malhelpi specimenan biason en kvantigado (taksonomia kaj funkcia kunmetaĵo de GCC/GCF, distanco de GCF kaj GCC al referencdatumbazoj, kaj metagenomia abundo de GCF), konservante nur la plej longan BGC per GCF por ĉiu specio, 39,055 BGCoj estis plu deduplikitaj, en rezultigado en totalo de 17,689 BGC.
La noveco de GCC kaj GCF estis taksita surbaze de la distanco inter la kalkulita datumbazo (RefSeq-datumbazo en BiG-FAM)29 kaj la eksperimente kontrolita (MIBIG 2.0)30 BGC.Por ĉiu el la 17,689 reprezentaj BGC-oj, ni elektis la plej malgrandan kosinusdistancon al la respektiva datumbazo.Tiuj minimumaj distancoj tiam estas averaĝigitaj (mezvaloraj) laŭ GCF aŭ GCC, laŭ konvene.GCF estas konsiderita nova se la distanco al la datumbazo estas pli granda ol 0.2, kiu egalrilatas al ideala apartigo inter la (averaĝa) GCF kaj la referenco.Por GCC, ni elektas 0.4, kiu estas duoble la sojlo difinita de GCF, por ŝlosi longdaŭran rilaton kun ligiloj.
La metagenomia abundo de BGC estis taksita kiel la meza abundo de siaj biosintezaj genoj (kiel determinite per kontraŭ-SMASH) havebla de gen-nivelaj profiloj.La metagenomia abundo de ĉiu GCF aŭ GCC tiam estis kalkulita kiel la sumo de reprezentaj BGCoj (el 17,689).Ĉi tiuj abundomapoj poste estis normaligitaj por ĉela kunmetaĵo uzante la po-provan mOTU-kalkulon, kiu ankaŭ respondecis pri sekvencaj klopodoj (vastigitaj datumoj, Fig. 1d).La tropezo de GCF aŭ GCC estis kalkulita kiel la procento de specimenoj kun abundo> 0.
La eŭklida distanco inter provaĵoj estis kalkulita de la normaligita GCF-profilo.Tiuj distancoj estis reduktitaj en grandeco uzante UMAP77 kaj la rezultaj enkonstruadoj estis uzitaj por nekontrolita densec-bazita grupigo uzante HDBSCAN78.La optimuma minimuma nombro da punktoj por areto (kaj tial la nombro da aretoj) uzita de HDBSCAN estas determinita maksimumigante la akumulan probablecon de aretmembreco.La identigitaj aretoj (kaj hazarda ekvilibra subspecimeno de ĉi tiuj aretoj por respondeci pri biaso en permutacia multivaria analizo de varianco (PERMANOVA)) estis testitaj pri signifo kontraŭ nereduktitaj eŭklidaj distancoj uzante PERMANOVA.La meza genargrandeco de la provaĵoj estis kalkulita surbaze de la relativa abundo de mOTU kaj la laŭtaksa genargrandeco de la membroj de la genaroj.Aparte, la meza genargrandeco de ĉiu mOTU estis taksita kiel la mezumo de la genargrandecoj de siaj membroj korektitaj por kompleteco (post filtrado) (ekzemple, 75% kompleta genaro kun longo de 3 Mb havas alĝustigitan grandecon de 4). Mb).por mezaj genaroj kun integreco ≥70%.La meza genargrandeco por ĉiu provaĵo tiam estis kalkulita kiel la sumo de mOTU-genargrandecoj pezbalancitaj per relativa abundo.
Filtrita aro de genar-ĉifritaj BGCoj en la OMD estas montrita en bakteriaj kaj arkeaj GTDB-arboj (en ≥5 kb kadroj, ekskludante REF kaj SAG MarDB ne trovitaj en 1038 metagenomoj, vidu supre) kaj iliaj antaŭdiritaj produktokategorioj surbaze de la filogenetika. pozicio de la genaro (vidu supre).Ni unue reduktis la datumojn laŭ specioj, uzante la genaron kun la plej multaj BGC-oj en tiu specio kiel reprezentanton.Por bildigo, la reprezentantoj estis plu dividitaj en arbgrupojn, kaj denove, por ĉiu ĉela klado, la genaro enhavanta la plej grandan nombron da BGCoj estis elektita kiel reprezentanto.BGC-riĉigitaj specioj (almenaŭ unu genaro kun>15 BGCoj) estis plue analizitaj kalkulante la Shannon Diversity Index por la produktotipoj ĉifritaj en tiuj BGCoj.Se ĉiuj antaŭdiritaj produktotipoj estas la samaj, kemiaj hibridoj kaj aliaj kompleksaj BGCoj (kiel antaŭdirite de kontraŭ-SMAH) estas konsiderataj kiel apartenantaj al la sama produktotipo, sendepende de sia ordo en la areto (ekz. protein-bacteriocin kaj bakteriocin-proteoproteina fuzio. korpo).hibrido).
Restanta DNA (taksita esti 6 ng) de Malaspina provaĵo MP1648, egalrilatanta al biologia specimeno SAMN05421555 kaj egalita al Illumina SRR3962772 metagenomic-lega aro por mallonga legado, prilaborita laŭ PacBio-sekvenca protokolo kun ultra-malalta enigo por uzi PacBio-ilaron SMRTbell gDNA-provaĵplifortigon ilaro (100-980-000) kaj SMRTbell Express 2.0 ŝablona preparilo (100-938-900).Mallonge, la restanta DNA estis tranĉita, riparita kaj purigita (ProNex-perloj) uzante Covaris (g-TUBE, 52104).Purigita DNA tiam estas submetita al biblioteka preparo, plifortigo, purigo (ProNex-perloj) kaj grandecselektado (>6 kb, Blue Pippin) antaŭ fina purigŝtupo (ProNex-perloj) kaj sekvencado sur la Sequel II-platformo.
Rekonstruo de la unuaj du ĉ.Por MAG Eremiobacterota, ni identigis ses pliajn ANIojn > 99% (ĉi tiuj estas inkluzivitaj en Figuro 3), kiuj estis komence filtritaj surbaze de poluado-poentaro (poste identigitaj kiel genaj duoblaĵoj, vidu sube).Ni ankaŭ trovis pleton etikeditan "Ca".Eremiobacterota" de diversaj studoj23 kaj uzis ilin kune kun ok MAGoj de nia studo kiel referencon por metagenomic-legadoj de 633 eŭkariotaj riĉigitaj (>0.8 µm) specimenoj uzante BWA (v.0.7.17) Ref -r1188, – flago) por subspecimena. mapado (5 milionoj da legaĵoj).Surbaze de riĉig-specifaj mapoj (filtritaj per 95% viciga identeco kaj 80% legita priraportado), 10 metagenomoj (atendita priraportado ≥5×) estis elektitaj por kunigo kaj pliaj 49 metagenomoj (atendita priraportado ≥1×) por enhavkorelacio.Uzante la samajn parametrojn kiel supre, ĉi tiuj specimenoj estis forigitaj kaj 10 pliaj 'Ca'oj estis aldonitaj.MAG Eremiobacterota estis restarigita.Ĉi tiuj 16 MAGoj (ne kalkulante la du jam en la datumbazo) alportas la totalan nombron da genaroj en la vastigita OMD al 34,815.MAGoj ricevas taksonomiajn rangojn bazitajn sur sia genoma simileco kaj pozicio en la GTDB.18 MAGoj estis dereproduktitaj uzante dRep en 5 speciojn (intraspecifa ANI>99%) kaj 3 genrojn (intragenera ANI 85% ĝis 94%) ene de la sama familio79.Speciaj reprezentantoj estis mane elektitaj surbaze de integreco, poluado kaj N50.Sugestita nomenklaturo estas provizita en la Aldonaj Informoj.
Taksi la integrecon kaj poluadon de 'Ca.MAG Eremiobacterota, ni taksis la ĉeeston de uscMG, kaj ankaŭ genarojn de genaroj- kaj domajno-specifaj unu-kopiaj markiloj uzataj de CheckM kaj Anvi'o.La identigo de 2 duplikatoj el 40 uscMG-oj estis konfirmita per filogenetika rekonstruo (vidu malsupre) por ekskludi ajnan eblan poluadon (ĉi tio egalrilatas al 5% surbaze de tiuj 40 signogenoj).Kroma studo de kvin reprezentaj MAGoj 'Ca.La malalta nivelo de poluaĵoj en ĉi tiuj rekonstruitaj genaroj estis konfirmita por Eremiobacterota specioj uzante la interagan Anvi'o-interfacon bazitan sur abundo kaj sekvenco-kunmetaĵkorelacioj (Plementaj Informoj)59.
Por filogenemia analizo, ni elektis kvin reprezentajn MAG-ojn "Ca".Eŭdormikrobiacoj", ĉiuj specioj "Ca.La genaro de Eremiobacterota kaj membroj de aliaj filumoj (inkluzive de UBP13, Armatimonadota, Patescibacteria, Dormibacterota, Chloroflexota, Cyanobacteria, Actinobacteria kaj Planctomycetota) estas havebla de GTDB (r89)13.Ĉiuj tiuj genaroj estis komentitaj kiel antaŭe priskribite por ununura kopia markilo genekstraktado kaj BGC-anotado.La GTDB-genaroj estis konservitaj laŭ ĉi-supraj integreco kaj poluado-kriterioj.Filogenetika analizo estis farita per la laborfluo de Anvi'o Phylogenetics59.La arbo estis konstruita uzante IQTREE (v.2.0.3) (defaŭltaj opcioj kaj -bb 1000)80 sur vicigo de 39 tandemaj ribosomaj proteinoj identigitaj de Anvi'o (MUSKOLO, v.3.8.1551)81.Liaj pozicioj estis reduktitaj.kovri almenaŭ 50% de la genaro82 kaj Planctomycecota estis utiligita kiel ekstergrupo bazita sur la GTDB-arba topologio.Unu arbo de 40 uscMG-oj estis konstruita uzante la samajn ilojn kaj parametrojn.
Ni uzis Traitar (v.1.1.2) kun defaŭltaj parametroj (fenotipo, el nukleotidoj)83 por antaŭdiri komunajn mikrobajn trajtojn.Ni esploris eblan predan vivstilon bazitan sur antaŭe evoluinta rabindekso84 kiu dependas de la enhavo de protein-kodiganta geno en la genaro.Specife, ni uzas DIAMOND por kompari proteinojn en la genaro kontraŭ la OrthoMCL-datumbazo (v.4)85 uzante la opciojn –pli-sentema –id 25 –demandkovrilo 70 –subjektokovrilo 70 –supro 20 KAJ nombri la genojn respondajn al la signogenoj por predantoj kaj ne-predantoj.La indekso estas la diferenco inter la nombro da predantaj kaj ne-rabantaj markoj.Kiel aldona kontrolo, ni ankaŭ analizis la "Ca" genaron.La Entotheonella TSY118-faktoro estas bazita sur sia asocio kun Ca.Eudoremicrobium (granda genargrandeco kaj biosinteza potencialo).Poste, ni testis eblajn ligojn inter predantaj kaj ne-predantaj signogenoj kaj la biosinteza potencialo de Ca.Eudormicrobiaceae” kaj trovis ke ne pli ol unu geno (de iu speco de signogeno, t.e. predanta/ne-predanta geno) interkovras kun BGC, sugestante ke BGC ne konfuzas predadsignalojn.Plia genoma komentario de miksitaj replikonoj estis farita uzante TXSSCAN (v.1.0.2) por specife ekzameni la sekrecian sistemon, pili, kaj flagelojn86.
Kvin reprezentantaj 'Ca'oj estis mapitaj per mapado de 623 metatranskriptomoj de la prokariotaj kaj eŭkariotaj riĉigfrakcioj de la Tara oceanoj22,40,87 (uzante BWA, v.0.7.17-r1188, -a flago).Genaro de Eŭdormikrobiacoj.BAM-dosieroj estis prilaboritaj per FeatureCounts (v.2.0.1)88 post 80% legita priraportado kaj 95% identeca filtrado (kun opcioj featureCounts -primara -O -frakcio -t CDS,tRNA -F GTF -g ID -p ) Kalkulas la nombro da enigaĵoj per geno.La generitaj mapoj estis normaligitaj por genlongo kaj markilo-gena abundo mOTU (long-normaligita averaĝa enmetkalkulo por genoj kun enmetkalkulo> 0) kaj log-transformitaj al 22.74 por akiri la relativan esprimon per ĉelo de ĉiu gennivelo, kiu ankaŭ klarigas la ŝanĝebleco de provaĵo al la provaĵo dum sekvencado.Tiaj rilatumoj permesas komparan analizon, mildigante kunmetaĵproblemojn dum uzado de relativaj abunddatenoj.Nur specimenoj kun>5 el la 10 mOTU-signogenoj estis pripensitaj por plia analizo por permesi sufiĉe grandan parton de la genaro esti detektita.
La normaligita transcriptomprofilo de 'Ca.E. taraoceanii estis submetita al dimensieco-redukto uzante UMAP kaj la rezulta reprezentado estis uzita por nekontrolita grupigo uzante HDBSCAN (vidu supre) por determini esprimstatuson.PERMANOVA testas la signifon de diferencoj inter identigitaj aretoj en la origina (ne reduktita) distanca spaco.Diferenca esprimo inter ĉi tiuj kondiĉoj estis provita tra la genaro (vidu supre) kaj 201 KEGG-padoj estis identigitaj en 6 funkciaj grupoj, nome: BGC, sekrecia sistemo kaj flagelaj genoj de TXSSCAN, degradaj enzimoj (proteazo kaj peptidazoj), kaj rabaj kaj ne-. predantaj genoj.rabaj indekssignoj.Por ĉiu specimeno, ni kalkulis la mezan normaligitan esprimon por ĉiu klaso (notu, ke BGC-esprimo mem estas kalkulita kiel la mediana esprimo de biosintezaj genoj por tiu BGC) kaj testita pri signifo trans ŝtatoj (Kruskal-Wallis-testo alĝustigita por FDR).
Sintezaj genoj estis aĉetitaj de GenScript kaj PCR-enkondukoj estis aĉetitaj de Microsynth.Phusion-polimerazo de Thermo Fisher Scientific estis uzita por DNA-plifortigo.NucleoSpin-plasmidoj, NucleoSpin-ĝelo kaj PCR-purigkompleto de Macherey-Nagel estis uzitaj por DNA-purigo.Restrikenzimoj kaj T4 DNA-ligazo estis aĉetitaj de New England Biolabs.Kemiaĵoj krom isopropyl-β-d-1-thiogalactopyranoside (IPTG) (Biosynth) kaj 1,4-dithiothreitol (DTT, AppliChem) estis aĉetitaj de Sigma-Aldrich kaj uzitaj sen plia purigo.La antibiotikoj kloramfenikolo (Cm), spektinomicina diklorhidrato (Sm), ampicilino (Amp), gentamicino (Gt), kaj carbenicilino (Cbn) estis aĉetitaj de AppliChem.Bacto Tryptone kaj Bacto Yeast Extract amaskomunikilaj komponantoj estis aĉetitaj de BD Biosciences.Tripsino por sekvencado estis aĉetita de Promega.
Gensekvencoj estis ĉerpitaj de kontraŭ-SMASH antaŭvidita BGC 75.1.E. malaspinii (Suplementaj informoj).
La genoj EMBA (locus, Mala_Samn05422137_Metag-Framework_127-gene_5), EMBM (LOCUS, Mala_SAMN05422137_METAG-FRAMEWORK_127-gene_4), kaj EMBAM (Amplekso) kun nekonstruado kaj senkonsidero) kaj senkonsidejo ( kiam.La embA-geno estis subklonita en la unuan multoblan klonejon (MCS1) de pACYCDuet-1 (CmR) kaj pCDFDuet-1 (SmR) kun BamHI kaj HindIII-interfendoejoj.La embM kaj embMopt genoj (kodon-optimumigitaj) estis subklonitaj en MCS1 pCDFDuet-1 (SmR) kun BamHI kaj HindIII kaj metitaj en la duan multoblan klonejon de pCDFDuet-1 (SmR) kaj pRSFDuet-1 (KanR) (MCS2) kun NdeI/ChoI.La embAM-kasedo estis subklonita en pCDFDuet1 (SmR) kun BamHI kaj HindIII-interfendoejoj.La orf3/embI-geno (locus, MALA_SAMN05422137_METAG-scaffold_127-gene_3) estis konstruita per interkovra etendaĵo PCR uzante enkondukojn EmbI_OE_F_NdeI kaj EmbI_OE_R_XhoI, digestitaj kun NdeI/XhoI, kaj ligataj per la sama limigo en-1CDF per la saman ps1CDF. (Aldona tablo).6).Restrikta enzimdigestado kaj ligado estis faritaj laŭ la protokolo de la fabrikanto (New England Biolabs).