来自美国生物地理调查的六种链霉菌的基因组草图

《Microbiology Resource Announcements》：Draft genomes of six Streptomyces species from a United States biogeography survey

美国本土土壤中发现6种新链霉菌，完成基因组测序并预测其生物合成基因簇，揭示物种地理分布与基因组特征的关联性。

　　

摘要

链霉菌在陆地生态系统中扮演着重要的生态和功能角色。我们对美国大陆各地的土壤样本进行了调查，发现了六种新的链霉菌物种。本文报告了这些菌株的全基因组序列及其预测的生物合成产物，为研究这一普遍存在的物种的生物和化学多样性提供了额外的信息。

公告

链霉菌属属于放线菌门（Actinomycetota），广泛分布于各种生境中，在全球土壤中非常常见。丝状放线菌负责生产已知抗生素的三分之二以上，其中链霉菌产生了大约80%的这类化合物（1）。该属内的遗传和基因组多样性以及抗生素的产生模式会随着地理和海拔梯度的变化而有所不同（2–5）。链霉菌菌株在生态系统中具有重要的生态和功能作用，包括分解纤维素和几丁质等复杂的碳底物（6, 7）。因此，链霉菌在农业和医学领域具有重要的应用价值。

我们对美国大陆各地的土壤样本进行了调查，以进一步了解这一群体的生物地理学和遗传多样性，结果发现了几种新的物种。

本研究描述了其中六种新物种，这些物种来自一个包含1000多种菌株的培养集合。每种菌株的采样位置见表1。

表1

表1 本研究分离出的链霉菌物种的采样位置和基因组组装统计信息^a

缅因州肯纳邦克密西西比州斯塔克维尔俄勒冈州阿斯托里亚德克萨斯州奥斯汀北卡罗来纳州特洛伊

菌株名称	最接近的已知近缘物种（ANI百分比）	登录号	采样位置	纬度	经度	支架数量	总长度（Mbp）	支架N50（bp）	中位覆盖率（×）	GC含量（%）	完整性百分比	污染百分比
CO7	S. fragilis NBRC 12862T (93.9)	GCA_053474865.1	科罗拉多州曼科斯	37.32° N	?108.14° W	234	6.75	626,773	30	73.0	99.46	0.64
ME109	Streptomyces sp. WAC00263 (88.3)	GCA_008042115.1	43.4° N	?70.54° W	302	9.13	493,345	53	71.7	100	2.21
MS191	S. exfoliatus DSM 41,693T(86.1)	GCA_008042125.1	33.46° N	?88.8° W	261	7.32	388,359	41	72.5	99.91	1.7
OR43	S. laculatispora DSM 42090T (88.9)	GCA_008042275.1	46.18° N	?123.85° W	140	8.75	4,652,464	83	70.9	99.62	1.17
T39	S. zhihengii DSM 42176T(92.1)	GCA_008042045.1	30.2° N	?97.77° W	292	7.67	1,120,392	203	72.9	99.37	2.08
UW30	Streptomyces sp. KS_5 (91.9)	GCA_008042075.1	35.71° N	?79.88° W	193	9.45	1,367,314	51	70.7	99.68	0.79

^a

平均核苷酸同一性（ANI）是使用fastANI（8）根据国际原核生物命名委员会（ICNP）的标准，与有效命名的参考物种进行计算的。

这些菌株是使用标准的平板稀释方法分离的，并在添加了环己酰胺的甘油-精氨酸琼脂上培养的（9）。在25°C下进行7-14天的有氧培养后，将菌落转移到甘油-精氨酸琼脂上纯化，并以20%甘油悬浮液（体积/体积）的形式在?80°C下保存为孢子库存。DNA是从在酵母提取物-麦芽提取物培养基中生长7天的液体培养物中提取的，提取方法采用了针对链霉菌优化的改良酚-氯仿提取协议（10）。我们通过使用引物27F和1,492R进行Sanger测序，获得了每个分离株的完整16S rRNA基因序列（11），从而验证它们属于链霉菌属。提取的DNA使用PicoGreen试剂盒（Thermo Fisher Scientific，美国马萨诸塞州）进行定量，然后按照制造商的说明使用Nextera XT试剂盒（Illumina公司，美国加利福尼亚州）进行文库制备和条形码化。这些文库随后在康奈尔大学生物技术资源中心的MiSeq机器上使用v3试剂盒进行测序（2×300 bp读长）。所有样本共产生了20,757,936条读长。

原始读长使用A5-miseq流程和默认的修剪和组装参数进行组装（12）。此步骤生成的contigs使用MeDuSa（13）组装成支架，并使用RagTag（15）进行支架化。使用CheckM（16）评估了组装的完整性和污染情况。组装统计信息（包括测序覆盖率）见表1。支架的基因组注释使用Prokka v1.14.6（17）完成。所有软件都使用了默认参数。

平均基因组大小为8.2 Mbp，最小为6.75 Mbp，最大为9.45 Mbp。平均N50值为1.44 Mbp（范围0.39–4.65 Mbp）。每个基因组都包含丰富的生物合成基因簇（BGCs），这是使用antiSMASH v7.0（18）识别的。每个基因组的平均BGC数量为44±13个。我们在每个基因组中都发现了萜类和铁载体簇，而其他类型的BGC仅在一些基因组中发现（图1）。仅在一种菌株中检测到的BGC未显示：细菌素（CO7）、吩嗪、氨基多羧酸、含硫胺酸的结构域、套索肽、β-内酰胺簇（UW30）和芳基多烯簇（MS191）。

图1

图1 本研究中测序的六个基因组中BGC的分布。NRPS：非核糖体肽合成酶；PKS：聚酮合成酶结构域；RiPP：核糖体合成和翻译后修饰肽的前体；CDPS：tRNA依赖的环二肽合成酶；NAPAA：非α-多氨基酸。

致谢

本工作得到了美国国家科学基金会（Award No. 1456821）的支持。

我们还要感谢康奈尔大学的Schmittau-Novak小额资助计划、Einhorn发现基金和本科生研究计划提供的额外资金支持。