museomics技术揭示了海蛞蝓体内具有生物合成潜力的未培养共生体

《Microbiome》：Museomics reveals uncultured symbionts with biosynthetic potential in nudibranchs

　　

摘要

背景

博物馆标本被广泛用于基于PCR的病原体检测，但其在宏基因组学层面发现有益微生物的潜力却尚未得到充分探索，这主要是因为难以区分真正的共生体与污染物。在此，我们通过博物馆标本的宏基因组分析，揭示了濒危或难以采集的动物（如海蛞蝓）中的共生关系。迄今为止，只有Doriopsilla这种海蛞蝓被证实携带一种参与化学防御的未培养共生体，目前尚不清楚其他海蛞蝓是否存在类似的共生关系。我们推测，真正的共生体应属于在相同宿主分类群的不同个体中普遍存在、且在不同时间和地点采集的样本中均能发现的丰富未培养菌系。

结果

利用保存了长达30年的乙醇处理标本，我们将可用的海蛞蝓微生物组数据集数量增加了一倍，同时发现占主导地位的未培养共生体其实十分罕见，大多数海蛞蝓很可能依赖其他化学防御机制。不过Polycera和Felimare属于例外，它们体内含有两种此前未被发现的共生体：Candidatus Polyceribacter和Candidatus Felimaribacter，这两种共生体来自不同的未培养菌目，在全球海洋宏基因组中极为罕见。这些共生体编码多种生物合成基因簇，展现出与宿主体内已报道代谢物相一致的菌株和物种层面的微观多样性。由于它们的宿主分布范围有限、系统发育上具有独特性，且与并非海蛞蝓猎物的海绵或珊瑚的共生体在系统发育上存在相似性，这些特征都表明它们经历了长期的进化特化以及功能趋同。更细致的多样性分析则表明，共生关系建立后微生物会因宿主的需求而发生适应性变化。

结论

总体而言，这项研究确立了博物馆组学作为共生关系研究的有效框架，同时也进一步加深了人们对稀有海洋无脊椎动物中宿主与微生物相互作用在进化及化学生态学方面的理解。

视频摘要

背景

博物馆标本被广泛用于基于PCR的病原体检测，但其在宏基因组学层面发现有益微生物的潜力却尚未得到充分探索，这主要是因为难以区分真正的共生体与污染物。在此，我们通过博物馆标本的宏基因组分析，揭示了濒危或难以采集的动物（如海蛞蝓）中的共生关系。迄今为止，只有Doriopsilla这种海蛞蝓被证实携带一种参与化学防御的未培养共生体，目前尚不清楚其他海蛞蝓是否存在类似的共生关系。我们推测，真正的共生体应属于在相同宿主分类群的不同个体中普遍存在、且在不同时间和地点采集的样本中均能发现的丰富未培养菌系。

结果

利用保存了长达30年的乙醇处理标本，我们将可用的海蛞蝓微生物组数据集数量增加了一倍，同时发现占主导地位的未培养共生体其实十分罕见，大多数海蛞蝓很可能依赖其他化学防御机制。不过Polycera和Felimare属于例外，它们体内含有两种此前未被发现的共生体：Candidatus Polyceribacter和Candidatus Felimaribacter，这两种共生体来自不同的未培养菌目，在全球海洋宏基因组中极为罕见。这些共生体编码多种生物合成基因簇，展现出与宿主体内已报道代谢物相一致的菌株和物种层面的微观多样性。由于它们的宿主分布范围有限、系统发育上具有独特性，且与并非海蛞蝓猎物的海绵或珊瑚的共生体在系统发育上存在相似性，这些特征都表明它们经历了长期的进化特化以及功能趋同。更细致的多样性分析则表明，共生关系建立后微生物会因宿主的需求而发生适应性变化。

结论

总体而言，这项研究确立了博物馆组学作为共生关系研究的有效框架，同时也进一步加深了人们对稀有海洋无脊椎动物中宿主与微生物相互作用在进化及化学生态学方面的理解。

视频摘要