从以泡沫塑料为食的Tenebrio molitor幼虫粪便中分离出的Propionimicrobium sp. PCR01-08-3的完整基因组序列

《Microbiology Resource Announcements》：Complete genome sequence of Propionimicrobium sp. PCR01-08-3, isolated from the feces of the Tenebrio molitor larvae fed with styrofoam

Tenebrio molitor幼虫肠道分离出的Propionimicrobium sp. PCR01-08-3基因组测序完成，通过16S rRNA基因测序和系统发育分析确认其为Propionibacterium属新近缘种。基因组包含3.25 Mb主环状染色体和0.04 Mb质粒，鉴定出多种氧化水解酶基因，可能参与聚苯乙烯降解。

　　

摘要

拟步甲（Tenebrio molitor）的肠道微生物群因其在解决塑料废物问题方面的潜力而受到关注。本文报告了从拟步甲幼虫粪便中分离出的Propionimicrobium sp. PCR01-08-3的完整基因组序列。选择PCR01-08-3菌株进行进一步的物种鉴定和比较基因组分析。

公告

PCR01-08-3菌株是从连续在约25°C条件下喂食聚苯乙烯的拟步甲幼虫粪便中分离得到的。最初从中国浙江省绍兴市的在线供应商“Pan Nongjia Manor”获取了约100只幼虫。将新鲜粪便接种到改良的厌氧DSM 1523培养基（N₂:CO₂ = 4:1，不含1 g/L乙酸和2 g/L甲酸）中，在约25°C下培养2周。为了进一步纯化和鉴定PCR01-08-3菌株，采用了多种方法，包括连续稀释、滚管技术（1）、单菌落分离以及使用8F和1492RU引物进行基于16S rRNA基因的克隆测序（2）。通过形态观察、16S rRNA基因测序和基因组测序确认了细菌的纯度。基于BLASTN分析（3），PCR01-08-3菌株与已鉴定的两个菌株Propionibacterium westphaliense 1a7I-CH12an（NR_179988，94.69%）（4）和Propionimicrobium lymphophilum DSM 4903^T（NR_180133，94.07%）（5）具有最高的相似性。通过MEGAX对PCR01-08-3菌株及其相关分类群的16S rRNA基因序列进行系统发育分析（6），表明PCR01-08-3可能是一个新的菌株谱系（图1）。

图1

图1 基于PCR01-08-3菌株及其相关分类群的16S rRNA基因序列的最大似然树。序列比对使用Clustal W（7）完成，核苷酸替换模型采用Tamura-Nei模型（8）。条形图表示每个核苷酸位置0.02次替换。自举值以1000次重复实验的百分比表示。

PCR01-08-3菌株在改良的DSM 1523培养基中培养，温度约为25°C，培养至稳定期。根据制造商说明，使用QIAGEN Genomic-tip 20/G试剂盒提取了PCR01-08-3菌株的基因组DNA。使用NanoDrop 2000分光光度计和Qubit TM3荧光计（Thermo Fisher Scientific）对DNA进行了定量和纯度检测。库制备过程包括使用g-TUBE（Covaris）将15 μg的DNA剪切成约15 kb的目标片段大小，以满足PacBio长读长测序的要求。使用AMPure PB Beads去除小片段（<1 kb），以富集较大片段并提高库质量。按照SMRTbell Express Template Preparation Kit 2.0（PacBio，产品编号100-938-900）的说明构建SMRTbell文库，并在北京的Biomarker Technologies（BMKGENE）有限公司使用PacBio Sequel II测序仪（v2.0化学体系）进行测序。

从PacBio Sequel II平台获得的原始子读段使用SMRT Link v10.1（Pacific Biosciences）处理，生成环状共识序列。过滤掉低质量和短读段（<2,000 bp），得到63,099个高质量读段（N₅₀，8,561 bp），用于后续的de novo组装。基因组组装使用Hifiasm v0.16.1（9）完成。使用Circlator v1.5.5（10验证基因组的环化情况，该工具识别了重叠末端并确认了完整的环状结构，随后使用Pilon v1.22（11进行了优化。长度小于1 Mb的 contigs初步被认定为质粒。最终得到一个3,248,514 bp的基因组（GC含量63.43%）和一个40,493 bp的质粒（GC含量61.08%）。使用NCBI Prokaryotic Genome Annotation Pipeline（PGAP，v6.7）进行功能注释（12）。基因组预测包含3,060个基因，其中2,965个为蛋白质编码基因，以及6个rRNA基因和45个tRNA基因。所有生物信息学分析均采用默认参数。

基因组注释发现了几种氧化酶和水解酶基因，包括Dyp型过氧化物酶（WP_286026142.1）、细胞色素P450单加氧酶（WP_286024933.1和WP_286026257.1）、乙酰木聚糖酯酶（WP_286024579.1）以及α/β-水解酶（WP_286026680.1），这些酶可能参与聚苯乙烯衍生物中间体的降解或转化。

致谢

本研究得到了中国医科大学（CMU113-MF-99）、国家科学技术委员会（NSTC 113-2320-B-039-016，台湾，中华人民共和国）、福建省自然科学基金（2021J011119，2023J011018）、福建省青年和中年教师教育科研计划（项目编号JAT200646/B202037）、国家自然科学基金（项目编号32101406）、新世纪优秀人才支持计划（项目编号KC180079）、省级大学产业研究合作项目（2022H6035）以及福建三明大学引进高层次人才研究启动资金项目（20YG04，20YG09，22YG13）的支持。