稻田甲烷氧化菌Methylomonas koyamae Fw12E-YT、Methylomagnum ishizawai RS11D-PrT与Methylogaea oryzae E10T的全基因组序列测定

《Microbiology Resource Announcements》：Complete genome sequences of gammaproteobacterial methanotrophs, Methylomonas koyamae strain Fw12E-YT, Methylomagnum ishizawai strain RS11D-PrT, and Methylogaea oryzae strain E10T, isolated from paddy fields

　　

本研究报道了从稻田中分离的甲烷氧化细菌菌株——属于Gammaproteobacteria（I型甲烷氧化菌）的模式菌株Methylomonas koyamae Fw12E-Y^T、Methylomagnum ishizawai RS11D-Pr^T和Methylogaea oryzae E10^T——的完整基因组序列。

甲烷（methane）是一种强效温室气体，稻田是甲烷排放的重要来源。好氧甲烷氧化菌（aerobic methanotrophs）有助于减缓稻田的甲烷排放。研究人员报道了从稻田中分离的三种Gammaproteobacteria（I型）甲烷氧化菌物种模式菌株的完整基因组序列：Methylomonas koyamae Fw12E-Y^T（= JCM 16701^T = NBRC 105905^T = NCIMB 14606^T）、Methylomagnum ishizawai RS11D-Pr^T（= JCM 18894^T = NBRC 109438^T = DSM 29768^T = KCTC 4681^T）和Methylogaea oryzae E10^T（= JCM 16910^T = DSM 23452^T）。研究背景在于甲烷是强效温室气体，稻田是其重要排放源，而好氧甲烷氧化菌有助于减缓稻田甲烷排放。菌株Fw12E-Y^T和RS11D-Pr^T以1a液体培养基培养并在指数后期收获细胞；菌株E10^T获自日本微生物保藏中心（JCM），按与RS11D-Pr^T相同的方式培养收获。菌株Fw12E-Y^T的DNA自1 g细胞（湿重）中提取并按Sowers方法纯化；菌株RS11D-Pr^T和E10^T的DNA自70至80 mg细胞（湿重）中用QIAGEN Genomic-tip 20/G提取。基因组测序采用Illumina MiSeq/NextSeq 500和GridION（Oxford Nanopore Technologies [ONT]）平台的杂交分析。菌株Fw12E-Y^T采用Rapid Barcoding Kit（ONT）进行基于转座酶的片段化；GridION测序文库制备中DNA未做片段大小选择。ONT序列的碱基识别对菌株Fw12E-Y^T使用Albacore（ONT；测序时2018年10月28日可用的最新版本），对菌株RS11D-Pr^T和E10^T使用Guppy v2.3.7（ONT）。除另有说明外所有软件均使用默认参数。低质量MiSeq/NextSeq reads（Q值<20；单条read，MiSeq <127 bp或NextSeq <74 bp）用sickle v1.33去除。经Porechop v0.2.3修剪接头后，短ONT reads（<1,000 bp）用Filtlong v0.2.0过滤掉，随后对reads进行纠错：菌株Fw12E-Y^T以MiSeq reads为参考在FMLRC v0.1.2上进行，菌株RS11D-Pr^T和E10^T使用Canu v1.8。质控后的MiSeq/NextSeq与收集的ONT reads用Unicycler v0.4.7组装，包括重叠序列的识别与修剪以及基因组旋转。用CheckM v1.0.12估计的组装质量完整度对菌株Fw12E-Y^T、RS11D-Pr^T和E10^T分别为99.8%、98.9%和99.4%。基因用DFAST v1.1.0注释。基因组主要特征如下：菌株Fw12E-Y^T分离自稻田淹水（Floodwater），地理坐标为34.97 N 137.07 E（日本），基因组大小5,102,400 bp，GC含量56.1%，覆盖度148×，蛋白编码基因4,479个，染色体1条加质粒1个（染色体4,860,954 bp，GC含量56.3%，蛋白编码基因4,364个，rRNA 9个，tRNA 53个；质粒pFW12EY大小241,446 bp，GC含量51.9%，蛋白编码基因209个）。菌株RS11D-Pr^T分离自水稻根际（Rice rhizosphere），地理坐标为34.97 N 137.07 E（日本），基因组大小5,199,498 bp，GC含量63.4%，覆盖度257×，蛋白编码基因4,544个，染色体1条加质粒7个（染色体4,607,412 bp，GC含量63.5%，蛋白编码基因4,134个，rRNA 3个加3个位于质粒pRS11DPr4上的rRNA基因，tRNA 54个加2个位于质粒pRS11DPr4上的tRNA基因；质粒pRS11DPr1大小273,905 bp，GC含量65.5%，蛋白编码基因188个；pRS11DPr2大小133,705 bp，GC含量63.4%，蛋白编码基因134个；pRS11DPr3大小70,338 bp，GC含量64.5%，蛋白编码基因74个；pRS11DPr4大小37,217 bp，GC含量58.3%，蛋白编码基因40个；pRS11DPr5大小35,221 bp，GC含量53.2%，蛋白编码基因42个；pRS11DPr6大小28,497 bp，GC含量57.4%，蛋白编码基因31个；pRS11DPr7大小13,203 bp，GC含量52.2%，蛋白编码基因18个）。菌株E10^T分离自土壤-水界面（Soil–water interface），地理坐标为32.91 S 54.83 W（乌拉圭），基因组大小4,018,824 bp，GC含量63.2%，覆盖度64×，蛋白编码基因3,508个，染色体1条加质粒0个（染色体4,018,824 bp，GC含量63.2%，蛋白编码基因3,508个，rRNA 9个，tRNA 52个）。甲烷氧化途径相关基因：菌株Fw12E-Y^T含pmoCAB、pmoABC（pxmABC）、mxaF、xoxF；菌株RS11D-Pr^T含pmoCAB、pmoABC（pxmABC，该操纵子位于质粒pRS11DPr2上）、mmoX、mxaF、xoxF；菌株E10^T含pmoCAB、mxaF、xoxF。其中pmoCAB与pmoABC（pxmABC）分别为经典与非经典颗粒状甲烷单加氧酶（particulate methane monooxygenase）基因的操纵子；mmoX为可溶性甲烷单加氧酶（soluble methane monooxygenase）基因；mxaF为钙依赖性甲醇脱氢酶（methanol dehydrogenase）基因；xoxF为镧系元素依赖性甲醇脱氢酶基因。研究结果表明，研究人员成功获得了这三株稻田来源I型甲烷氧化菌模式菌株的高完整度（98.9%–99.8%）完整基因组序列，并阐明了其基因组基本特征及甲烷氧化途径相关基因组成。