索诺兰沙漠中以蓝细菌为主的生物土壤结皮中存在的12种真菌的基因组序列草图

《Microbiology Resource Announcements》：Draft genome sequences of 12 fungi occurring in cyanobacteria-dominated biotic soil crusts in the Sonoran Desert

　　

摘要

我们公布了来自美国亚利桑那州索诺兰沙漠中以蓝细菌为主的生物土壤结皮中的12种真菌的基因组序列草图，其中包括木霉属、外囊菌属和枝孢菌属各2株，以及镰刀菌属、克拉克多菌属、埃皮科库姆属、毛壳菌科、双核菌科和多孢菌目各1株。这些基因组是通过NovaSeq 6000仪器以≥40倍覆盖度测序得到的。

声明

生物土壤结皮是由蓝细菌、藻类、真菌、地衣、苔类、藓类以及其他微生物组成的群落，它们在干旱和半干旱生态系统中形成连续的表层结构。这类结皮能够稳定土壤、增加水分保持能力、促进碳氮循环，还有助于维管植物的生长（1–3）。索诺兰沙漠中以蓝细菌为主的生物土壤结皮中存在着多种真菌，但相关的基因组资料仍然十分有限（4）。在此，我们公布了从美国亚利桑那州图森附近以蓝细菌为主的生物土壤结皮中分离出的12种真菌的基因组序列草图，该地区属于索诺兰沙漠的高地植被带（北纬32.230662°，西经111.037208°）。

为了分离这些真菌，我们将大小为0.5平方厘米的生物土壤结皮碎片置于750微升的无菌水中浸泡。将所得悬浮液的分装液（每份20微升）涂布在2%麦芽提取物琼脂上。培养物在室温下培养最多3周，那些形态特征明显的分离株会被转移到2%麦芽提取物琼脂上的无菌培养基中继续培养。

对这些分离株的鉴定是通过观察菌落形态以及对其内部转录间隔区、5.8S基因和部分核大亚基rDNA进行测序来完成的（5）。这些真菌被鉴定为木霉属、镰刀菌属、克拉克多菌属、枝孢菌属、外囊菌属、埃皮科库姆属，以及毛壳菌科、双核菌科和多孢菌目的成员（表1）。有些分离株被保存在添加了抗生素的麦芽提取物培养基中（卡那霉素、氯霉素、氨苄西林和四环素；详见参考文献5）。这些标准菌株保存在亚利桑那大学的罗伯特·L·吉尔伯森真菌标本馆中（表1）。

表1

表1 索诺兰沙漠中以蓝细菌为主的生物土壤结皮中分离出的真菌的基因组组装统计信息

真菌分离株	登录号	NCBI基因组组装版本	基因组大小（兆碱基对）	GC含量（%）	基因数量	测序覆盖度	连续基因组片段数量	N50值（碱基对）	总读取长度（碱基对）	基因组完整性（%）
木霉属某物种	444A_sa34508	JBYJVW000000000	39.9	48.0	11,235	124.9×	559	256,671	16,739,005	99.6
镰刀菌属某物种	UA_444B_sa91877	JBYJVX000000000	39.6	48.0	12,175	43.1×	246	915,415	11,455,829	99.5
克拉克多菌属某物种	445A_sa34509	JBYJVY000000000	35.9	50.8	10,573	153.3×	941	64,232	18,815,361	99.6
木霉属某物种	UA_446A_sa91860	JBYJVZ000000000	38.2	49.2	11,075	44.0×	672	134,157	11,476,384	99.8
枝孢菌属某物种	UA_447A_sa155827	JBYJWA000000000	33.5	54.1	10,445	168.4×	132	444,406	38,584,594	99.8
外囊菌属某物种	448A_sa27466	JBYJWB000000000	36.8	50.6	16,128	83.3×	462	291,622	11,730,147	99.5
外囊菌属某物种	449A_sa34510	JBYJWC000000000	32.5	50.3	12,155	159.4×	234	223,311	17,297,610	99.7
枝孢菌属某物种	UA_450A_sa91895	JBYJWD000000000	54.0	50.6	16,418	194.1×	1592	447,552	73,635,417	99.7
埃皮科库姆属某物种	537A_sa34541	JBYJWE000000000	33.1	52.5	11,294	159.4×	355	229,003	17,615,266	99.1
毛壳菌科某物种	UA_537B_sa91975	JBYJWF000000000	28.9	49.1	10,408	45.3×	346	274,997	8,912,106	99.9
双核菌科某物种	UA_537F_sa91762	JBYJWG000000000	33.1	50.7	10,712	54.7×	484	453,504	12,195,236	99.9
多孢菌目某物种	UA_538A_sa91976	JBYJWH000000000	31.1	49.6	10,185	75.7×	500	137,612	16,440,456	99.7

DNA提取时，这些菌株在含有0.5%酵母提取物的2%麦芽提取物培养基上培养14天，温度为25摄氏度。之后收集菌丝体，将其在-80摄氏度下冷冻，再经过冻干处理，最后通过敲打法使其均匀化（6）。基因组DNA是用ZymoBIOMICS Soil Kit（来自美国加利福尼亚州尔湾的Zymo Research公司）提取的。在构建基因组文库时，25纳克的基因组总DNA先经过KAPA HyperPlus Kit（来自瑞士的罗氏公司）处理，再进行8轮扩增，随后进行混合，通过Zymo Select-a-Size Clean & Concentrator Kit筛选出大小在350到900碱基对之间的片段，最后通过凝胶纯化得到纯化的基因组片段。

这些完整基因组是使用Illumina公司的NovaSeq 6000平台进行测序的，测序得到的配对端读取长度为151碱基对，测序覆盖度至少为40倍。接着使用fastp（版本0.21.0）对适配器序列进行修剪，并过滤掉质量较低的读取数据（7）。基因组组装则是使用SPAdes（版本3.15.4）和默认参数完成的（8）。在分类鉴定方面，这些组装好的基因组先通过BLASTn（版本2.17.0）和默认参数与NCBI的真菌基因组数据库进行比对，选取匹配度最高的比对结果来确定真菌的所属物种。注释工作则是使用BRAKER3（版本3.0.8）完成的（9、10），其中只有来自联合基因组研究所MycoCosm数据库中的近缘物种的蛋白质模型被用于注释。基因组完整性则是通过BUSCO（版本6.1.0）和fungi_odb10谱系数据集来评估的（11）。我们还使用antiSMASH（版本8.0.4）工具预测了这些真菌的次级代谢产物生物合成基因簇（12）。

这12个菌株的基因组组装统计信息汇总在表1中。通过antiSMASH的ClusterBlast功能与MIBiG数据库进行比较后，发现所预测的次级代谢产物生物合成基因簇与metachelin C/A/B二聚体酸铁载体生物合成基因簇以及一些此前已被研究的、与具有紫外线防护功能、耐氧化应激能力以及适应营养限制环境相关的代谢物相关的生物合成基因簇较为相似（13、14）。BRAKER3生成的注释文件（.gff格式）以及antiSMASH的输出文件可以在https://doi.org/10.5281/zenodo.19137085上获取。

致谢

我们要感谢亚利桑那大学农业、生命与环境科学学院、植物科学学院以及罗伯特·L·吉尔伯森真菌标本馆对这项研究的大力支持，同时也要感谢美国农业部国家食品与农业研究所提供的资助（项目编号ARZT-1361340-H25-242；ARZT-1259370-S25-200）。此外，我们还要感谢亚历山大·巴克斯奇博士在技术层面给予的帮助。

帕布洛·塞库尔·阿兰：负责数据分析和文章撰写工作（包括初稿的撰写、审阅和修改）；O·约书亚·奥耶坎米：负责数据分析和文章撰写工作（参与审阅和修改）；约瑟夫·斯普雷克：负责文章撰写（参与审阅和修改）、方法设计以及相关资源的整理工作；A·伊丽莎白·阿诺德：负责研究的概念设计、资金申请、方法设计、资源协调、研究监督以及文章撰写工作（参与审阅和修改）。