在奥地利收集的5株水生Janthinobacterium lividum菌株的完整基因组序列

《Microbiology Resource Announcements》：Complete genome sequences of five aquatic Janthinobacterium lividum strains collected in Austria

本研究测序了奥地利五个不同淡水环境中分离的Janthinobacterium lividum五个菌株的完整环状基因组，揭示其均携带完整的violacein生物合成基因簇，并通过系统发育分析确认了亲缘关系差异。

　　本研究中，科学家们对从奥地利淡水环境中分离出的五种 *Janthinobacterium lividum* 菌株的完整环状基因组进行了分析。这些菌株的基因组大小在6.3至6.6兆碱基对（Mbp）之间，且完整性超过99%。基因组的组装采用了牛津纳米孔（Oxford Nanopore）测序技术，这使得研究人员能够获得高质量的基因组数据，为后续的基因功能研究和系统发育分析提供了坚实的基础。

*Janthinobacterium* 属于氧化亚乙酸菌科（Oxalobacteraceae），是一类好氧、化能异养的细菌，广泛分布于多种生态环境中。这一属的许多菌株因其能够产生一种名为 violacein 的紫色次级代谢产物而闻名。这种化合物不仅具有吸引人的颜色，还展现出显著的抗菌特性，因此在多个领域中得到了应用，包括细菌艺术、色素生成以及益生菌干预等。特别是在细菌艺术领域，*J. lividum* 被用于创造独特的微生物艺术作品，其紫色色素成为一种重要的视觉元素。

在本研究中，五种菌株是从奥地利不同环境来源中分离出来的，包括泉水、雨水和特拉乌河（Traun river）等。这些菌株的分离过程采用了传统的平板划线法，即将100微升的水样均匀涂布在1%的胰蛋白胨琼脂平板上，并在25°C下倒置培养一周。随后，研究人员根据菌落的紫色特征选择菌株进行进一步的纯化和基因组测序。这种选择方法确保了所研究的菌株具备产生 violacein 的能力，为后续分析提供了重要前提。

为了获得高质量的基因组数据，研究团队对菌株进行了实验室培养，使用10毫升的1%胰蛋白胨培养基在摇床平台上以100转/分钟的速度培养三天。之后，采用Monarch gDNA纯化试剂盒（NEB）提取高分子量的DNA，并按照适用于革兰氏阴性细菌的特定协议进行处理。为了去除短读长，研究人员使用了Short Read Eliminator XS（Pacific Biosciences）对样本进行大小筛选。随后，采用Oxford Nanopore Technologies 的Rapid Barcoding Kit 96（SQK-RBK114.96）对样本进行等摩尔量的条形码标记，这一过程在实验设计上进行了优化，包括增加样本输入量至230纳克，并加入0.5微升的快速适配器以提高测序效率。

最终，研究人员在PromethION设备上使用了约70飞摩尔的23千碱基（kb）文库，进行了为期48小时的测序。测序产生的原始信号数据通过Dorado（v.0.9.1）进行碱基调用，采用的模型为r1041_e82_400bps_sup_v5.0.0。调用后的原始读段经过Filtlong（v0.2.1）的质量过滤，筛选标准为质量值（Q）≥15、长度≥1千碱基（kb），并保留500兆碱基对（Mb）的数据。随后，这些高质量的读段通过Flye（v2.9.5）进行基因组组装，并使用“–nano-hq”参数优化组装过程。为了确保基因组的完整性，研究人员通过重复图谱的检查对组装结果进行了手动环化处理，并使用Medaka（v2.0.1）进行一次Polish优化，以提高基因组的准确性。

在基因组组装完成后，研究团队对组装结果进行了质量控制，采用了QUAST（v.5.3.0）、CheckM（v.1.2.3）和GTDBtk（v.2.4.0）等工具进行评估。这些工具不仅能够检测基因组的完整性和污染程度，还能对基因组的分类信息进行验证。例如，GTDBtk确认了这些菌株的分类归属为 *Janthinobacterium* 属，其分类信息包括域（Bacteria）、门（Pseudomonadota）、纲（Gammaproteobacteria）、目（Burkholderiales）、科（Burkholderiaceae）等。这一分类信息为后续的系统发育分析提供了重要依据。

为了进一步研究这些菌株的生物合成能力，研究团队特别关注了 violacein 的合成路径。通过使用 anvi-estimate-metabolism 工具，结合 KOfam 注释，研究人员评估了这些菌株的 violacein 合成路径是否完整。结果表明，所有五种菌株的基因组都包含了完整的 violacein 合成路径，即所有涉及该代谢过程的酶基因（*vioA–E*）都存在。这一发现不仅验证了这些菌株的生产能力，还为未来研究其在不同环境中的代谢活性提供了基础。

系统发育分析显示，这五种菌株在基因组结构上呈现出一定的多样性。通过构建基于串联核糖体蛋白序列的系统发育树，研究人员发现菌株J59、A01和A16与 *J. lividum* 的三个模式菌株聚类在一起，表明它们在进化上较为接近。然而，菌株WE18和V02则显示出更远的亲缘关系。这种系统发育上的差异可能反映了不同环境因素对菌株基因组结构的影响，也可能是由于菌株在适应不同宿主或生态位过程中发生了基因组变异。

值得注意的是，这些菌株的基因组数据将为未来的比较基因组学研究提供重要的资源。研究团队特别提到，这些数据将有助于探索菌株在不同环境中的适应性差异，特别是在与两栖动物皮肤微生物群落相互作用方面的潜力。这种研究不仅能够揭示 *J. lividum* 在不同生态位中的基因组多样性，还可能为开发新型抗菌剂或益生菌产品提供理论依据。

此外，研究团队在实验过程中得到了来自艺术家Erich Schopf的大力支持。他不仅培养了这些菌株，还将其提供给科学团队用于研究。这种跨学科的合作模式体现了微生物学研究与艺术创作之间的潜在联系。Erich Schopf的贡献不仅限于菌株的分离和培养，还包括他对微生物艺术的热情和对科学研究的推动。这种合作方式为微生物研究提供了新的视角，也激发了科学界对微生物在艺术创作中应用的兴趣。

研究团队还特别感谢了技术支持人员Julia Ramesmayer，她在实验过程中提供了关键的帮助。此外，研究工作所使用的计算资源来自维也纳大学的Life Science Compute Cluster（LiSC），这一计算平台为基因组组装和分析提供了强大的支持。资金方面，本研究得到了奥地利科学基金会（FWF）通过Schr?dinger奖学金（J4526-B）的支持，这表明了该研究在科学界的重要性和认可度。

综上所述，本研究通过高通量测序技术，成功获得了五种 *J. lividum* 菌株的完整基因组序列。这些菌株的基因组不仅在结构上高度完整，还包含了完整的 violacein 合成路径，为后续研究提供了宝贵的资源。系统发育分析的结果揭示了菌株之间的亲缘关系差异，而这些差异可能与它们所处的环境和宿主有关。此外，研究团队与艺术家的合作也展现了微生物学研究在跨学科应用中的广阔前景。这些发现不仅加深了我们对 *J. lividum* 基因组结构和功能的理解，还为未来研究其在生态和医学领域的应用提供了新的思路。