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标题：大规模宏基因组组装揭示了新的动物相关微生物基因组、生物合成基因簇和其他遗传多样性
中文： 大规模宏基因组组装揭示了新的动物相关微生物基因组、生物合成基因簇和其他遗传多样性
杂志：msystems
时间：2020年12月22日
单位：马克斯·普朗克发育生物学研究所
摘要：人类微生物群落的大规模宏基因组组合产生了大量以前未见过的微生物基因组；然而，来自其他脊椎动物的微生物基因组相对较少。在这里，除了14 个现有的动物肠道宏基因组数据集外，我们还从代表5 个类别的180 个主要野生动物物种的肠道宏基因组中生成了5596 个宏基因组组装的基因组MAG。这些MAG 包括1522 个物种级基因组箱(SGB)；其中大多数在种、属或科水平上是新颖的，并且大多数在宿主相关环境宏基因组中丰富。宿主或环境生物群落中富集的SGB 具有许多特征，包括抗菌素耐药基因的数量。我们鉴定了1986 个不同的生物合成基因簇；只有23 个簇有MIBiG 数据库注释信息。基于基因的组装揭示了巨大的遗传多样性，其中大部分是宿主或环境特定的。我们的MAG 和基因数据集极大地扩展了微生物基因组库，并提供了脊椎动物肠道中微生物适应的广阔视野。
MIBiG数据库
一、unmapped reads
即使使用多个综合宏基因组分析数据库，也会出现大量未映射的读取。早期宿主物种系统发育是通过http://timetree.org 获得的，分支按宿主类别着色。从内环到外环映射到树上的数据包括宿主饮食、宿主圈养/野生状态以及映射到不同宿主特异性、非微生物和微生物数据库的宏基因组读数的平均值。请注意，同一物种的个体之间的圈养/野生状态有时可能会有所不同。数据库(i) 代表每个公开可用的宿主物种的基因组（“脊椎动物门宿主基因组”），(2) NCBI 核苷酸(nt) 数据库中与宿主物种的分类学鉴定相匹配的所有条目（脊椎动物门宿主nt） ），（3）与之前的类别相同，但具有来自所有脊椎动物门的序列，包括（iv）Kraken2“植物”数据库，（v）Kraken2“真菌”数据库，（vi）Kraken2“原生动物”数据库，以及（vii）基因组根据自定义细菌和古细菌数据库创建的分类数据库，版本89（“GTDB-r89”）。读取键中显示的顺序（从上到下）迭代地映射到每个数据库，仅包括下一次迭代中未映射的读取。 “未分类”读数未映射到任何数据库，这些数据库与GTDB-r89 的读数映射一起用于下游分析（“微生物组+ 未分类”）。
二、1522个SGBs的系统发育树
所有1522 个SGB 的系统发育。从最内环到最外环，映射到系统发育的数据分别是GTDB门级分类、放线菌级分类、厚壁菌门级分类、变形菌门级分类、分类新颖性、宿主肠道或环境宏基因组的显着富集、哺乳动物和其他动物肠道宏基因组数据在我们的多物种肠道宏基因组数据集中显着丰富。使用PhyloPhlAn 从多个保守基因座推断系统发育。系统发育中的橙色点代表0.7到1之间的bootstrap值。系统发育的基础是古细菌和细菌的最后一个共同祖先。
三、来源、富集、性状
A) 从MGnify 数据库中选择的多环境宏基因组数据集的每个生物群落样本数量摘要。 B) SGB 的数量在宿主（正log2 倍数；“l2fc”）环境宏基因组（负l2fc）中相对丰度显着富集。图中显示的值是生物群落中显着富集（蓝色）和非显着富集（红色）MAG 的数量。 C）在宿主和环境中富集的SGB具有独特的特征。通过MAG 基因含量(Traitar 26) 预测的SGB 表型总结为在宿主或环境宏基因组(DESeq2 Adj. P 0.01) 或两个生物群落（x 轴面“两者都不是”）中显着富集的SGB。请注意x 轴刻度的差异。星号表示该表型在特定生物群落的SGB 中更为普遍，而SGB 之间的生物群落标签在1000 种排列的空白模型中被打乱。所有DESeq2 结果均显示在表S3A 中。
源码分析：
MGnify: 2020 年微生物组分析资源
人物推测：
从基因组到表型： Traitar，微生物性状分析仪
四、系统发生树和次生代谢簇
MAGs reveal novel secondary metabolite diversityAntiSMASH 鉴定出BGC 3 的所有SGB (n=233) 的系统发育。从最外环开始，数据被映射到具有以下特征的系统：(i) GTDB 门级分类学分类，(ii) 分类学新颖性，(3) 宿主或显着丰富的环境基因组，(iv) 多物种宏基因组数据集中BGC 家族的流行率， (v) 期刊中发现的BGC 数量，BGC 的患病率出现在BGC 类型最大的家庭中，并且只有BGC 家庭的患病率25%。系统发育是修剪后的版本，如图2所示。系统发育中的橙色点代表0.7到1之间的bootstrap值。“NPRS”、“PKS”和“RiPPs”代表非核糖体肽合成酶、聚酮肽合成酶，以及核糖体合成和翻译后修饰的肽，分别。
五、基于基因的宏基因组组装序列cluster分析
Large-scale gene-based metagenome assembly reveals novel diversity根据组合数据集进行基于基因的宏基因组组装，生成50% 序列同一性簇。 A) 每个门的基因簇总数。为了清楚起见，仅显示簇 100 的门。每列上的标签列出了簇的数量（以及总数的百分比）。 B) 每个门和COG 类别的细菌基因簇数量。刻面标签“P”指的是“品格较差”。 C) 每个类别（全部属于广古菌属）和COG 类别的古菌基因簇数量。 D) 每个COG 类别的病毒基因簇数量。 E) 为每个家族标记的簇数。为了清楚起见，仅显示簇 100 的门。每个条形旁边的标签指示簇的数量。按门划分的每个科的簇数。 CAZy 家族和门按簇数从最多到最少进行排序。为了清楚起见，仅显示簇 100 的CAZy 家族和门。
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用户评论
这篇文章研究方向听起来很新颖！
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大规模宏基因组组装技术真的太厉害了，能发现很多以前未知的东西吧？
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终于可以更深入了解动物相关微生物世界了!
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新的微生物基因组和生物合成基因簇，也许有望应用到医疗领域？
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遗传多样性研究越来越重要，能帮助我们了解生命演化吗？
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这篇文章发表在mSystems上，肯定是有很高的学术水平的!
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期待阅读全文，深入了解研究结果！
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宏基因组学正在迅速发展，这篇文章一定很有参考价值。
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动物和微生物的关系如此密切，很有意思!
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新的发现能帮助我们更好地保护地球生物多样性吗？
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这篇文章肯定会有很多图表和数据分析，很值得一看！
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我想知道研究者是如何进行大规模宏基因组组装的？
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动物与微生物间的互作非常复杂，这次研究能揭示更多吗？
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这篇文章的研究结果对未来科研发展有什么影响？
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学习一些最新技术和知识，从这篇文章开始吧！
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也许会有新发现可以帮助我们应对人类健康挑战？
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宏基因组学研究的成果越来越令人期待！
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新的微生物基因库，可以为未来的药物研发提供资源吗？
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这次研究能给我们带来什么启发呢？
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学习科学知识，从这篇有趣的文章开始!
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