长期培养的共胞体大型绿藻Bryopsis共生细菌的高质量宏基因组组装基因组解析

本研究通过超深度PacBio和Illumina测序技术，重建了与共胞体绿藻Bryopsis sp. KO-2023紧密关联的50个细菌MAGs（宏基因组组装基因组），包含38个完整环状基因组和12个碎片化基因组。其中44个MAGs代表潜在新物种（基于GTDB分类），为揭示藻菌共生（如Ruegeria spp.促进藻类形态发生）的分子机制提供了重要资源。研究采用多平台测序数据（NovaSeq6000/PacBio CLR/Revio HiFi）和迭代组装策略（metaFlye/SPAdes/Unicycler），结合CheckM2评估（>90%完整性，<6%污染），显著提升了海洋共生微生物组的解析精度。

　　

ABSTRACT

海藻常与共生细菌形成互利关系，参与营养循环和病原防御。本研究从日本菅岛海域长期培养的共胞体绿藻Bryopsis sp. KO-2023中，成功重建50个细菌MAGs（38个完整环状+12个碎片化），通过多组学技术揭示了藻菌共生的基因组特征。

ANNOUNCEMENT

技术突破与样本采集

研究团队采用三平台测序策略：

1. 1.

   Illumina NovaSeq6000产生1.94亿条150bp双端 reads

2. 2.

   PacBio CLR获得727万条 reads（N50 33.7kb）

3. 3.

   Revio系统HiFi reads 31万条（N50 16.2kb）

   样本为2019年11月从菅岛海洋生物实验室室外水池（34°29′05.7″N, 136°52′31.0″E）采集的雌雄Bryopsis藻体。

生物信息学流水线

创新性采用三级组装-分箱策略：

• •

  长读长数据经metaFlye组装产生38个完整基因组

• •

  短读长经MEGAHIT+SPAdes混合组装

• •

  通过MetaBAT2/MaxBin分箱后，使用Unicycler迭代提升连续性

  最终50个MAGs满足严格标准：

• •

  ANI>0.95物种边界

• •

  CheckM2评估完整性>90%且污染<6%

• •

  含3-15个rRNA基因

关键发现

1. 1.

   新物种潜力：44个MAGs在GTDB-Tk R220数据库中被鉴定为潜在新物种

2. 2.

   功能特征：

   • •

     光合细菌Phototrophicaceae（GC含量42%）

   • •

     硫氧化菌Sulfitobacter spp.（占测序深度16.1%）

   • •

     稀有类群如Candidatus Kapaibacteriales（GC 39%）

3. 3.

   技术优势：

   • •

     封闭基因组占比76%（38/50）

   • •

     最大基因组达11.7Mb（Sandaracinaceae bacterium）

ACKNOWLEDGMENTS

研究受日本学术振兴会（JSPS）多项基金支持，包括藻类基因组特别项目（16H06279 PAGS）。第一作者K.K.O.获JSPS预博士奖学金。所有测序数据已存入DRA数据库（登录号DRA016314-DRA019803）。