通过结合短读长和 HiFi 长读长宏基因组学从复杂土壤微生物组中准确重构 MAG

《Environmental Microbiome》：Accurate MAG reconstruction from a complex soil microbiome through combined short- and HiFi long-reads metagenomics

　　

摘要

背景

高保真长读长（HiFi-LR）测序技术的进步为探索复杂环境（如土壤）中的微生物基因组多样性提供了新的机遇。虽然短读长（SR）测序已在基因层面提供了广泛的见解，但有限的读长限制了完整宏基因组组装基因组（MAGs）的重建。相比之下，HiFi-LR 提高了组装的连续性和完整性，支持更高分辨率的分类和功能注释。然而，HiFi-LR 测序的成本和相对较低的通量可能会限制基因组恢复，特别是在分箱阶段，此时覆盖深度至关重要。在本研究中，我们评估了结合 HiFi-LR 和 SR 测序用于土壤微生物组基因组分辨表征的好处。

结果

我们使用高覆盖度的 Illumina SR 以及两种 HiFi-LR 测序平台（PacBio Sequel II 和 PacBio Revio）的组合，生成了一个隧道栽培土壤样本的宏基因组数据。我们发现，仅由混合 HiFi-LR 数据生成的组装体比由超深 SR 数据生成的组装体表现出更高的完整性。将 SR 衍生的覆盖信息纳入 HiFi-LR 重叠群的分箱中，使 MAG 恢复率提高了 24%（313 vs. 252），同时降低了污染（116 vs. 132 个污染分箱；平均污染 7.09% vs. 8.07%）。重要的是，67% 新恢复的 MAG 属于低丰度和分类学多样的谱系，代表了 36 个新谱系，包括古菌。

结论

我们的结果表明，HiFi-LR 和 SR 测序的整合显著提高了土壤等高度多样环境中的基因组恢复和分箱准确性。所采用的混合方法利用了两种技术的优势，导致组装体更加连续，并能够恢复更广泛的基因组，包括低丰度和分类学多样的类群。尽管测序深度、成本和 DNA 质量等因素仍然是重要的考虑因素，但我们的研究为设计未来的土壤宏基因组项目提供了实际指导。它强调了采用长读长技术对更全面表征复杂微生物群落的价值。